عالية السرعة غيغاهرتز الفرعي مطياف لتحليل Brillouin نثر

الهدف العام من هذا المطياف هو قياس بصمات تشتت بريون للأنسجة والمواد الحيوية. توفر أطياف تشتت بريون معلومات غير تلامسية وغير جراحية حول خصائص المواد، مثل معامل المرونة الطولي. يمكن لهذه الطريقة أن تساعد في الإجابة على أسئلة رئيسية في الميكانيكا الحيوية للأنسجة. على سبيل المثال، يمكننا في نسيج القرنية قياس قوة القرنية لتشخيص وعلاج القرنية المخروطية.

تكمن الميزة الرئيسية لهذه التقنية في إمكانية إجراء التحليل الطيفي بقدرة ضوئية منخفضة، مما يجعلها آمنة للاستخدام داخل الجسم الحي (in vivo)، وهو ما يتيح التصوير البيولوجي. ابدأ بوضع الكاميرا والليف البصري في موضعهما على المنضدة البصرية؛ حيث يتم تركيب كاميرا E-M-C-C-D عند أحد طرفي المسار البصري. يجب أن تقوم الكاميرا بالتقاط الصور وعرضها على شاشة المراقبة.

على بعد 1600 مليمتر تقريباً أمام الكاميرا. ضع مُصوِّب ألياف (fiber collimator) على مستوى ارتفاع الكاميرا. قم بتوصيل المُصوِّب بليزر ذي نمط طولي واحد.

استخدم قدرة ليزر أقل من 0.1 milliwatts وتحقق من المحاذاة عن طريق تحريك الحدقة على طول المحور البصري المطلوب. يوفر هذا المخطط نظرة عامة على الإعداد في هذه المرحلة. بعد ذلك، أضف زوج عدسات أروماتيكية أمام الكاميرا.

يبلغ البعد البؤري لزوج العدسات العطرية المتطابقة هذا 30 مليمتر. ابدأ الآن بإضافة العناصر الخاصة بالمنصة الأفقية. أولاً، قم بإضافة قناع أفقي على منصة إزاحة أفقية بحيث يتم تصويره على الكاميرا بواسطة العدسة العطرية.

يجب أن تتحرك المنصة بشكل عمودي على مسار الشعاع. راقب الصورة على شاشة الكمبيوتر للتأكد من أن الصورة تظهر حوافاً حادة كما هو موضح في هذه الصورة. انتقل الآن للتحضير لوضع عدسة كروية على مسافة 600 millimeters أمام القناع الأفقي.

أولاً، قم بتجهيز قزحيتين (irises)، كل واحدة منهما على حامل وقاعدة تثبيت للمساعدة في محاذاة الشعاع، وضع إحدى القزحيتين بين موضع العدسة المقرر والقناع الأفقي. ضع القزحية الأخرى بعد موضع العدسة المقرر. تأكد من أن ارتفاع القزحيتين يسمح بمرور الشعاع من خلالهما بوضوح.

بعد الانتهاء من التحقق من المحاذاة، انتقل للعمل باستخدام العدسة الكروية المثبتة على حامل والتي يبلغ طولها البؤري 200 millimeters. استخدم حامل القائم لوضع العدسة على مسافة 600 millimeters أمام القناع الأفقي بين القزحيتين، ثم أحكم تثبيت حامل القائم. إليك مخططاً للإعداد بعد وضع العدسة الكروية، S1، في موضعها.

العنصر التالي الذي يجب إضافته هو المصفوفة الطورية المصورة افتراضياً الأولى أو vipa S. لإضافة الـ vipa، قم بتجهيز منصة إزاحة أفقية على طاولة المختبر. على بُعد حوالي 200 millimeters أمام العدسة الكروية، قم بتوجيه المنصة لتتحرك بشكل عمودي على الشعاع، وثبت على المنصة حامل vipa مثبتاً على عمود وحامل عمود. الآن، أحضر الـ vipa المراد تركيبها.

يحتوي كل vipa على شق دخول، يجب توجيهه بشكل صحيح لهذا الـ vipa. ضعه في حامل vipa بحيث يكون الشق موجهًا رأسيًا، ثم أجْرِ تعديلات دقيقة على موضع حامل vipa، ليكون مدخل vipa في المستوى البؤري للعدسة الكروية تمامًا.

استمر في تحريك الـ vipa خارج الشعاع لمواصلة عملية الإعداد. بعد ذلك، استعد لوضع العدسة الكروية الثانية على مسافة 200 مليمتر أمام القناع الأفقي مع وجود حدقات على كلا الجانبين للمحاذاة، مع ملاحظة أن Vipa two مُزاحة في المخطط للإشارة إلى أنها خارج مسار الشعاع. قم بتركيب العدسة الكروية باستخدام حامل على منصة إزاحة بين الحدقات.

قم بتوجيه منصة الترجمة للتحرك على طول المسار البصري قبل المتابعة. تحقق من أن الانعكاس الخلفي من العدسة يمر بسلاسة عبر القزحية. كذلك، تحقق من أن الشعاع الخارج يمر بسلاسة عبر القزحية الموجودة على الجانب المقابل للعدسة.

بعد ذلك، قم بتحريك vipa بحيث تعود فتحة الدخول SL إلى مسار الحزمة مجدداً. يتم ذلك عن طريق ضبط موضع منصة الإزاحة الملحقة بها. وبينما يدخل الضوء إلى vipa، راقب الخطوط العمودية لصورة الكاميرا على شاشة الكمبيوتر.

انتقل إلى ضبط موضع العدسة الكروية الثانية مع مراقبة الخطوط على الشاشة. قم بضبط منصة الإزاحة بدقة لزيادة حدة الخطوط وتوقف عندما تصبح الخطوط في بؤرة التركيز. بعد ذلك، ابدأ بالعمل على حامل vipa.

لضبط الطيف، استخدم درجة حرية الإزاحة الأفقية لضبط موضع دخول الشعاع إلى الشق. راقب استجابة الصورة على شاشة الكمبيوتر أثناء إزاحة شق الدخول. بالإضافة إلى ذلك، استخدم درجة حرية الميل الأفقي لضبط زاوية دخول الشعاع إلى الشق.

مرة أخرى، راقب الصورة على شاشة الكمبيوتر للحصول على تغذية راجعة حول تعديلات الإمالة. عند هذه النقطة، تكون المرحلة الأفقية للمطياف قد اكتملت. لإعداد المرحلة الرأسية، قم بإزاحة vipa خارج مسار الشعاع باستخدام مرحلة الإزاحة الخطية.

بعد ذلك، عند موضع يبعد 200 millimeters أمام العدسة الكروية، ضع قناعاً رأسياً مثبتاً على منصة إزاحة رأسية للسماح بتحريك القناع خارج مسار الحزمة. تأكد من ظهور صورة القناع الرأسي بوضوح وحدة على كاميرا CCD.

سيكون المكون التالي عبارة عن عدسة أسطوانية على بُعد 600 millimeters أمام القناع الرأسي. استخدم حاملًا لتثبيت عدسة ذات طول بؤري 200 millimeter بين قزحيتين.

سيكون جهاز الـ vipa الثاني على منصة إزاحة رأسية على بُعد 200 millimeters أمام العدسة الأسطوانية. ضع حامل الـ vipa على منصة إزاحة رأسية في مكانها للسماح بتحريك الـ vipa خارج مسار الشعاع. قم بتثبيت الـ vipa باستخدام عمود وحامل عمود على المنصة، مع الحرص على توجيه شق الدخول الخاص به أفقيًا وبدقة.

اضبط موضع vipa لوضعه بدقة في المستوى البؤري للعدسة الأسطوانية. ثم حركه خارج مسار الحزمة. العنصر النهائي هو عدسة أسطوانية ثانية.

توضع على مسافة 200 millimeters أمام القناع الرأسي. بالنسبة لهذه العدسة، ضع منصة إزاحية موجهة على طول حامل المسار البصري وقم بمحاذاة العدسة الأسطوانية الثانية على المنصة. عد إلى vipa vipa التي تم وضعها مؤخراً وقم بإزاحتها مرة أخرى إلى مسار الشعاع.

استخدم درجة حرية الإزاحة الرأسية لضبط موضع دخول الشعاع إلى الـ al on. لاحظ تأثير هذا الضبط على صورة الكاميرا المعروضة على شاشة الكمبيوتر. تابع ذلك بتعديل درجة حرية الإمالة الرأسية لضبط زاوية دخول الشعاع.

راقب شاشة الكمبيوتر للحصول على تغذية راجعة حول تأثيرات التعديلات. حان الوقت الآن لدمج مرحلتي النظام. قم بذلك عن طريق سحب VIPA الثاني، حيث يكون الأول مثبتاً بالفعل في المسار البصري.

قم بضبط vipa S أثناء مراقبة النقاط المتباعدة أفقياً ورأسياً. توقف عند شاشة الكمبيوتر عندما تصبح النقاط التي تمثل البصمة الطيفية لليزر أحادي التردد في بؤرة التركيز. التقط صورة للبصمة باستخدام برنامج الكاميرا الموجود في هذا البرنامج.

انقر بزر الماوس الأيمن على الصورة واختر خيار المخطط الخطي (line plot). اسحب المؤشر قطرياً عبر الصورة لإنشاء مخطط خطي، ثم حرر المؤشر لعرض المخطط الذي سيُستخدم لتحديد الدقة (finesse)؛ وفي هذا المخطط النموذجي، تم تحديد القياسين المطلوبين.

أولاً، قم بقياس المسافة القطرية بين نقطتين، وهي المدى الطيفي الحر. بعد ذلك، قم بقياس العرض الكامل عند نصف القيمة القصوى. اقسم المدى الطيفي الحر على العرض الكامل عند نصف القيمة القصوى، وتابع العمل إذا كانت النسبة أكبر من 30.

عند العودة إلى طاولة المختبر، أحط جهاز المطياف بهيكل صندوقي مغطى بقماش عازل للضوء (كما هو موضح هنا في إعداد مختلف) قبل المتابعة، وتأكد من سهولة الوصول إلى الأقنعة و الـ vipa. وأخيراً، قم بتوصيل الليف البصري بمسبار بصري قياسي؛ وفي هذه الحالة، يتم وضع مجهر بؤري هنا.

يُستخدم إعداد مكشوف لتوضيح الخطوات المتبعة في قياس إزاحة بريون. أولاً، اختر أحد الأقنعة المراد ضبطه. في هذه الحالة، ابدأ بإغلاق القناع الأفقي باستخدام الميكرومتر الخاص به.

راقب بصمة الليزر على شاشة الكمبيوتر. الهدف هو حجب بصمة الليزر الظاهرة في الزوايا. استخدم منصة الإزاحة لمركزة القناع أفقياً للمساعدة في حجب البصمة.

استمر في مراقبة سلوك بصمة الليزر على الشاشة. كرر عمليتي إغلاق وإزاحة القناع حتى يتم حجب البصمة. ثم كرر العملية نفسها مع القناع الرأسي.

بعد تحميل العينة، افتح قناع المنصة الرأسية لبدء تحسين إنتاجية المنصة الرأسية. انتقل إلى vipa vipa one في المنصة الرأسية وقم بتغيير موضع ميل vipa لتشمل نطاق زوايا الإدخال إلى AL عند المسح عبر رتب المطياف، وتوقف عند الرتبة التي تعطي أقوى إشارة. أغلق القناع مرة أخرى حتى تختفي إشارة الليزر.

كرر عملية التحسين باستخدام القناع الأفقي وvipa قبل إجراء القياسات. فيما يلي أطياف Brion التي تم قياسها للميثانول والإيثانول والبوليسترين. وفي هذه المخططات، تظهر البيانات المقاسة باللون الأزرق.

يظهر منحنى ملائمة Lian باللون الأحمر. يبلغ سمك vipa المستخدم خمسة مليمترات، مما يعطي نطاقاً طيفياً حراً يبلغ حوالي 20 gigahertz. كان وقت التكامل 100 milliseconds.

تم أخذ 100 قياس وحساب متوسطها. وتتفق إزاحات Brion مع النتائج المنشورة سابقاً. يمثل هذا المدرج التكراري إزاحات Brion التي وُجدت في 250 قياساً متتالياً للميثانول.

ساعدت هذه البيانات في تحديد ما إذا كان محاذاة المقياس الطيفي مثالية. فالمقياس الطيفي الذي تمت محاذاته جيداً، مع وجود 5 mW من الضوء على العينة وزمن تكامل قدره 100 ms، سيكون لديه انحراف معياري يبلغ حوالي 10 MHz. وأثناء تنفيذ هذا الإجراء، من المهم تذكر تغيير إعدادات الكاميرا عند استخدام ضوء الليزر أو الضوء المشتت.

وإلا، ستصل كاميرا E-M-C-C-D إلى حالة التشبع وتتدهور جودتها بمرور الوقت. لا تنسَ أن العمل مع الليزرات يمكن أن يكون خطيراً للغاية، ويجب اتخاذ احتياطات مثل عدم النظر مباشرة إلى شعاع الليزر. كما يجب دائماً ارتداء نظارات السلامة وإجراء عملية المحاذاة تحت مستوى العين عند تنفيذ هذا الإجراء.