Name: High-Speed-Dauerstrich-stimulierten Brillouin-Streuung Spektrometer für Materialanalyse (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-22T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 55 s
Description: Erfahren Sie den Aufbau eines CW-SBS-Spektrometers für hochaufgelöste Materialanalyse. Diese Methode ermöglicht die 100-fach schnellere Erfassung von Brillouin-Spektren trüber und nicht-trüber Proben.

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IR ist dankbar für die Azrieli-Stiftung für den PhD Fellowship Award.

<ol><li>Koski, K. J., Akhenblit, P., McKiernan, K., Yarger, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+determination+of+the+complete+elastic+moduli+of+spider+silks%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Non-invasive determination of the complete elastic moduli of spider silks.</a> Nat. Mater. 12 (3), 262-267 (2013).</li>
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<li>Traverso, A. J., Thompson, J. V., Steelman, Z. A., Meng, Z., Scully, M. O., Yakovlev, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dual+Raman-Brillouin+microscope+for+chemical+and+mechanical+characterization+and+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Dual Raman-Brillouin microscope for chemical and mechanical characterization and imaging.</a> Anal. Chem. 87 (15), 7519-7523 (2015).</li>
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<li>Ballmann, C. W., Thompson, J. V., Traverso, A. J., Meng, Z., Scully, M. O., Yakovlev, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulated+Brillouin+scattering+microscopic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Stimulated Brillouin scattering microscopic imaging.</a> Sci Rep. 5, 18139(2015).</li>
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<li>Fiore, A., Zhang, j, Peng Shao,, Yun, S. H., Scarcelli, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-extinction+virtually+imaged+phased+array-based+Brillouin+spectroscopy+of+turbid+biological+media%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">High-extinction virtually imaged phased array-based Brillouin spectroscopy of turbid biological media.</a> Appl. Phys. Lett. 108 (20), 203701(2016).</li>
<li>Taking a Measurement with Your Computer. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.ni.com/webcast/1673/en">http://www.ni.com/webcast/1673/en</a> (2014).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Das in Abbildung 1gezeigte System wurde entwickelt, um auf ein Steckbrett 18'' x 24'' gebaut werden, die auf einer optischen Tisch, Erleichterung der Platzierung von wässrigen Proben vertikal montiert werden können. Infolgedessen ist es wichtig, stark ziehen alle optische und mechanischen Elementen und sicherstellen, dass die Pumpe und Sonde Strahlen kollinear und mit den verschiedenen Elementen vor beleuchtet die Probe in der einfallenden Geometrie konzentrisch sind.
Schwieri...

Spontane Brillouin-Spektroskopie wurde eingerichtet, in den letzten Jahren als ein wertvollen Ansatz für die mechanische Analyse von weichen Materialien, wie z. B. Flüssigkeiten, echte Gewebe, Gewebe-Phantome und biologische Zellen1,2, 3,4,5,6,7. Bei diesem Ansatz ein einzelner Laser beleuchtet die Probe und Licht, das von spontanen thermische akustische Wellen im Medium inelastisch gestreut wird durch ein Spektrometer, die nützliche Informationen über die viskoelastischen Eigenschaften der Probe gesammelt. Das spontane Brillouin-Spektrum umfasst zwei Brillouin-Peaks bei der akustischen Stokes und Anti-Stokes Resonanzen des Materials und eine Rayleigh Peak bei den leuchtenden Laser-Frequenz (durch elastisch gestreutes Licht). Für eine Brillouin backscattering Geometrie die Brillouin-Frequenzen werden von einigen GHz von der leuchtenden Laser Frequenz verschoben und spektrale Breite von Hunderten von MHz.
Während Scannen Fabry-Perot-Spektrometern die Systeme wurden der Wahl für den Erwerb der spontane Brillouin-Spektren in weicher Materie1,2, abgebildet die jüngsten technologischen Fortschritte in nahezu Phase Array (VIPA) Spektrometer konnten deutlich schnellere (unter einer Sekunde) Brillouin-Messungen mit angemessenen Spektralauflösung (Sub-GHz)3,4,5,6,7. In diesem Protokoll präsentieren wir den Bau eines anders, High-Speed, hohe spektrale Auflösung, genaue Brillouin Spektrometers basiert auf dem Nachweis von continuous-Hohlleiter-stimuliert-Brillouin-Streuung (CW-SBS) Licht nicht trüben und trübe Proben in einer fast zurück Streugeometrie.
In CW-SBS-Spektroskopie überlappen sich Dauerstrich-(CW) Pumpe und Sonde Laser, leicht verstimmt in der Frequenz, in einer Probe, Schallwellen zu stimulieren. Wenn die Frequenzdifferenz zwischen der Pumpe und Sonde strahlen eine besondere akustische Resonanz des Materials entspricht, Verstärkung oder Deamplification des Signals Sonde durch stimulierte Brillouin-Gewinn oder Verlust (SBG/SBL) Prozesse, bzw. erfolgt; Ansonsten erfolgt keine SBS (de) Verstärkung8,9,10,11. So ein Spektrum der SBG (SBL) können durch die Frequenzdifferenz zwischen den Laser über die materiellen Brillouin-Resonanzen scannen und erkennen die Erhöhung (Senkung) erworben werden, oder gewinnen (Verlust), an der Sonde Intensität durch SBS. Im Gegensatz zu in spontane Brillouin-Streuung, elastischen Streuung Hintergrund ist von Natur aus nicht vorhanden in SBS, ermöglicht hervorragende Brillouin Kontrast in trübe und nicht trüben Proben ohne Notwendigkeit einer Rayleigh Ablehnung Filter als erforderlich in VIPA Spektrometer10,11,13.
Die wichtigsten Bausteine eines CW-SBS-Spektrometers sind die Pumpe und Sonde Laser und stimulierte Brillouin-Gewinn/Verlust-Detektor. Für hohe spektrale Auflösung, high-Speed CW-SBS-Spektroskopie, die Laser einphasiger sein müssen (&#60; 10 MHz Linewidth) mit ausreichend breiten Wellenlänge Einstellbarkeit (20-30 GHz) und Abtastrate (&#62; 200 GHz/s), langfristige Frequenzstabilität (&#60; 50 MHz/h) und geringer Intensität Lärm. Darüber hinaus linear polarisiert und Beugung begrenzte Laserstrahlen mit Kräften von ein paar hundert (ten) von mW auf der Probe sind erforderlich für die Pumpstrahl (Sonde). Schließlich sollte der stimulierte Brillouin-Gewinn/Verlust-Detektor soll zuverlässig erkennen, schwache nach hinten stimulierte Brillouin Gewinn/Verlust (SBG/SBL) Ebenen (10-5 - 10-6) in weicher Materie. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wir verteilten Feedback (DFB) Diodenlaser gekoppelt mit Polarisation beibehalten ausgewählt Fasern zusammen mit einen stimulierten Brillouin Gewinn/Verlust Detektor verbindet eine Ultra-Schmalband-atomaren Dampf Notch-Filter und eine hohe Frequenz Single-Modulation Lock-in-Verstärker wie in Abbildung 1dargestellt. Diese Erkennung Regelung verdoppelt sich die Intensität des Signals SBG und erheblich reduzieren Lärm in der Sonde Intensität, wo das Nutzsignal SBG eingebettete11ist. Beachten Sie, dass die Rolle der atomaren Dampf-Kammfilter in unserem SBS-Spektrometer verwendet, die Erkennung von unerwünschten streunende Pumpe Reflexionen deutlich zu reduzieren, anstatt der elastischen Streuung Hintergrund wie bei VIPA-Spektrometern zu verringern, die beide erkennen spontane Rayleigh und Brillouin zerstreut Licht. Unter Verwendung des Protokolls, die unten genau geschildert, ein CW-SBS-Spektrometer kann konstruiert werden, mit der Möglichkeit des Erwerbs von Transmissionsspektren von Wasser und Gewebe Phantome mit SBG so niedrig wie 10-6 am &#60; 35 MHz Brillouin-Schicht Messgenauigkeit und innerhalb von 100 ms oder weniger.
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/55527/55527fig1.jpg"> 
Abbildung 1: Dauerstrich-stimulierte Brillouin-Streuung (CW-SBS) Spektrometer. Zwei Dauerstrich-Pumpe und Sonde Diodenlaser (DL), Frequenz, um die Brillouin-Verschiebung der Probe, verstimmt sind in Polarisation Aufrechterhaltung Monomode-Fasern mit Kollimatoren C1 und C2, gekoppelt. Die Frequenzdifferenz Pumpe-Sonde wird gemessen, indem er erkennt die Schwebungsfrequenz zwischen den Balken von der Pumpe und Sonde Lasern mit einem Satz von Faser-Splitter (FS), einen schnellen Photodetektor (FPD) und einem Frequenzzähler (FC) geschält. Der S-polarisierte Sonde Strahl (hellrot), mit einer Keplerschen Beam Expander (L1 und L2), stimmt zirkular polarisiert durch eine Viertel-Wellenlängen-Platte (λ14) erweitert und konzentrierte sich auf die Probe (S) durch eine achromatische Linse (L3). Für SBS Zusammenwirken und optische Isolierung der Pumpe Strahl (dunkelrot), mit einer Keplerschen Beam Expander (L5 L6) und erweitert ist zunächst P-polarisierten mit einem Halbwellen-Platte λ24), dann durch eine polarisierende übertragen Beam Splitter (PBS), und schließlich links zirkular polarisiert durch eine Viertel-Wellenlängen-Platte (λ24) und konzentrierte sich auf die Probe mit einem achromatische Objektiv (L4; wie L3). Beachten Sie, dass die Pumpe und Sonde Strahlen fast in der Probe gegen ausbreiten und laser-eine S-orientierte Polarisator (P) verwendet wurde, zu verhindern, dass die Pumpe P-polarisierten Strahl (aus λ14 kommend) in die Sonde. Für die Erkennung von Lock-in ist die Pumpstrahl sinusähnlich fm mit einem akusto-optischen Modulator (AOM) moduliert. Das SBG-Signal, manifestiert sich als Intensitätsschwankungen Frequenz fm (siehe Kasten), ist mit demoduliertein Lock-in-Verstärker (LIA) nach Erkennung durch eine großflächige Photodiode (PD). Für bedeutende Beseitigung von streunenden Pumpe Reflexionen in der Fotodiode einem Schmalband Filter Bragg (BF) und eine atomare Notch-Filter (85RB) rund um die Pumpe Wellenlänge neben mit einer lichtundurchlässigen Iris (I) dienen. Daten werden von einem Erwerb Datenkarte (DAQ) angeschlossen an einen Personalcomputer (PC) zur weiteren Analyse des Spektrums Brillouin erfasst. Alle Faltungsspiegeln (M1- M6) werden verwendet, um das Spektrometer auf ein 18'' x 24'' Steckbrett passen, die auf dem optischen Tisch zur Erleichterung der Platzierung von wässrigen Proben vertikal montiert ist. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55527/55527fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

<table><tbody><tr><td>Sondendiodenlaserkopf und Controller</td><td>Toptica Photonics</td><td>SYST DL-100-DFB</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Pumpe verstärkter Diodenlaser und Controller</td><td>Toptica Photonics</td><td>SYST TA-pro-DFB</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>FC/APC Faserdock</td><td>Toptica Photonics</td><td>FiberDock&nbsp;</td><td>Menge: 3</td></tr><tr><td>Hochleistungs-Singlemode-Polarisations-erhaltendes FC/APC-Faser-Patchkabel</td><td>Toptica Photonics</td><td>OE-000796</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>FC/APC-Faserkollimation mit einstellbarer Kollimationsoptik</td><td>Toptica Photonics</td><td>FiberOut</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>FC/APC-Faser-fester Kollimator</td><td>OZ Optics</td><td>HPUCO-33A-780-P-6.1-AS</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Singlemode-Polarisations-erhaltender Fasersplitter 33:67</td><td>OZ Optics</td><td>FOBS-12P-111-4/125-PPP-780-67/33-40-3A3A3A-3-1</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Singlemode Polarisation haltender Fasersplitter 50:50</td><td>OZ Optics</td><td>FOBS-12P-111-4/125-PPP-780-50/50-40-3S3A3A-3-1</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>f=25 mm, &Oslash; 1/2" achromatisches Wamlett, SM05-Gewindemontage, ARC: 650-1050 nm</td><td>Thorlabs</td><td>AC127-025-B-ML</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>f=30 mm, &Oslash; 1" achromatisches Wams, SM1-Gewindehalterung, ARC: 650-1050 nm</td><td>Thorlabs</td><td>AC254-30-B-ML</td><td>Menge: 2</td></tr><tr><td>f=50 mm, &Oslash; 1" achromatisches Wams, SM1-Gewindefassung, ARC: 650-1050 nm</td><td>Thorlabs</td><td>AC254-50-B-ML</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>f=100 mm, &Oslash; 1" achromatisches Walett, SM1-Gewindehalterung, ARC: 650-1050 nm</td><td>Thorlabs</td><td> AC254-100-B-ML</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>f=200 mm, &Oslash; 1" achromatisches Wams, SM1-Gewindemontage, ARC: 650-1050 nm</td><td>Thorlabs</td><td> AC254-200-B-ML</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>&Oslash; 1/2" Breitband Dielektrischer Spiegel, 750-1100 nm</td><td>Thorlabs</td><td> BB05-E03</td><td>Menge: 4</td></tr><tr><td>&Oslash; 1" Breitband Dielektrischer Spiegel, 750-1100 nm</td><td>Thorlabs</td><td> BB1-E03</td><td>Menge: 2</td></tr><tr><td>1" Polarisations-Strahlteilerwürfel, 780 nm</td><td>Thorlabs</td><td> PBS25-780</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>&Oslash; 1" Linearer Polarisator mit N-BK7 Schutzfenstern, 600-1100 nm</td><td>Thorlabs</td><td> LPNIRE100-B</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Scherinterferometer mit einer Scherplatte mit 1-3 mm Strahldurchmesser</td><td>Thorlabs</td><td>SI035</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>6-Achsen Verriegelung kinematische Optikhalterung</td><td>Thorlabs</td><td> K6XS</td><td>Menge: 4</td></tr><tr><td>Kompakte Fünf-Achsen-Plattform</td><td>Thorlabs</td><td> PY005</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Sockelmontageadapter für 5-Achsen-Plattform</td><td>Thorlabs</td><td> PY005A2</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Polaris low drift & Oslash; 1/2" kinematische Spiegelhalterung, 3 Einsteller</td><td>Thorlabs</td><td> POLARIS-K05</td><td>Menge: 4</td></tr><tr><td>Objektivfassung für &Oslash; 1" Optik</td><td>Thorlabs</td><td> LMR1</td><td>Menge: 5</td></tr><tr><td>Adapter mit externen SM1 Gewinden und internen SM05 Gewinden, 0,40" dick</td><td>Thorlabs</td><td> SM1A6T</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Rotationshalterung für &Oslash; 1" Optik</td><td>Thorlabs</td><td> RSP1</td><td>Menge: 2</td></tr><tr><td>1" Kinematische Prismenhalterung</td><td>Thorlabs</td><td> KM100PM</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Messringaktivierte SM1 Irisblende</td><td>Thorlabs</td><td> SM1D12C</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Pfostenmontierte Irisblende & Oslash; 12,0 mm max. Apertur</td><td>Thorlabs</td><td>ID12</td><td>Menge: 2</td></tr><tr><td>1/2" Translationstisch mit Standard-Mikrometer</td><td>Thorlabs</td><td>MT1</td><td>Menge: 3</td></tr><tr><td>&Oslash; 1" Sockelsäulenpfosten, 8-32 Wasserhähne, L = 1"</td> <td>Thorlabs</td><td>RS1P8E</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>&Oslash; 1" Sockelsäulenpfosten, 8-32 Hähne, L = 1,5"</td> <td>Thorlabs</td><td>RS1.5P8E</td><td>Menge: 2</td></tr><tr><td>&Oslash; 1" Sockelsäulenpfosten, 8-32 Gewindebohrer, L = 2"</td> <td>Thorlabs</td><td>RS2P8E</td><td>Menge: 4</td></tr><tr><td>&Oslash; 1" Sockelsäulenpfosten, 8-32 Wasserhähne, L = 2,5"</td> <td>Thorlabs</td><td>RS2.5P8E</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>&Oslash; 1" Sockelsäule, 8-32 Gewindebohrer, L = 3"</td> <td>Thorlabs</td><td>RS3P8E</td><td>Menge: 4</td></tr><tr><td>Kurze Klemmgabel</td><td>Thorlabs</td><td>CF125</td><td>Menge: 12</td></tr><tr><td>Montagesockel</td><td>Thorlabs</td><td>BA1S</td><td>Menge: 8</td></tr><tr><td>Große V-Klemme mit PM4 Klemmarm, 2,5" lang, Imperial</td><td>Thorlabs</td><td>VC3C</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>&Oslash; 1/2" Pfostenhalter, gefederte Sechskant-Rändelschraube, L = 1"</td> <td>Thorlabs</td><td>PH1</td><td>Menge: 2</td></tr><tr><td>&Oslash; 1/2" Pfostenhalter, gefederte Sechskant-Rändelschraube, L = 1,5"</td> <td>Thorlabs</td><td>PH1,5</td><td>Menge: 2</td></tr><tr><td>&Oslash; 1/2" Pfostenhalter, gefederte Sechskant-Rändelschraube, L = 2"</td> <td>Thorlabs</td><td>PH2</td><td>Menge: 6</td></tr><tr><td>& Oslash; 1/2" Optischer Stift, SS, 8-32 Stellschraube, 1/4"-20 Gewindebohrer, L = 1"</td> <td>Thorlabs</td><td>TR1</td><td>Menge: 2</td></tr><tr><td>&Oslash; 1/2" Optischer Stift, SS, 8-32 Stellschraube, 1/4"-20 Gewindebohrer, L = 1,5"</td> <td>Thorlabs</td><td>TR1,5</td><td>Menge: 2</td></tr><tr><td>&Oslash; 1/2" Optischer Stift, SS, 8-32 Stellschraube, 1/4"-20 Gewindebohrer, L = 2"</td> <td>Thorlabs</td><td>TR2</td><td>Menge: 6</td></tr><tr><td>Aluminium Steckbrett 18" x 24" x 1/2", 1/4"-20 Gewindebohrer</td><td>Thorlabs</td><td>MB1824</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>12" Vertikale Halterung für Steckbretter, 1/4"-20 Löcher, 1 Stück</td><td>Thorlabs</td><td>VB01</td><td>Menge: 2</td></tr><tr><td>Si Fotodiode, 40 ns Anstiegszeit, 400 - 1100 nm, 10 mm x 10 mm aktive Fläche</td><td>Thorlabs</td><td> FDS1010</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Waveplate, null Ordnung, 1/4 Welle 780nm</td><td>Tower Optics</td><td>Z-17.5-A-.250-B-780</td><td>Menge: 2</td></tr><tr><td>Waveplate, null Ordnung, 1/2 Welle 780nm</td><td>Tower Optics</td><td>Z-17.5-A-.500-B-780</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Fiber coupled ultra high speed photodetector</td><td>Newport</td><td>1434</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Gimbal optische Spiegelhalterung</td><td>Newport</td><td>U100-G2H ULTIMA</td><td>Menge: 3</td></tr><tr><td>lineare Tische mit 25 mm Stellbereich</td><td>Newport</td><td>&nbsp; M-423&nbsp;</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Arretierbares Differentialmikrometer, 25 mm grob, 0,2 mm fein, 11 lb. Last</td><td>Newport</td><td>&nbsp; DM-25L</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>XYZ Motor Lineartisch</td><td>Angewandte wissenschaftliche Instrumentierung</td><td>LS-50</td><td>Menge: 3</td></tr><tr><td>Stufensteuerung</td><td>Angewandte wissenschaftliche Instrumentierung</td><td>MS-2000</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Probenhalter</td><td>Hausgemacht</td><td>Kundenspezifische</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Rubidium 85 Quarzglas-Spektroskopiezelle mit flachen AR-beschichteten Fenstern, 150 mm Länge, 25 mm Durchmesser</td><td>Photonik Technologien</td><td>SC-RB85-25x150-Q-AR</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Wärmeleitfähiges Pad 300 mm x 300 mm</td><td>BERGQUIST</td><td>Q3AC 300MMX300MM BLATT</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Wärmeband 0,15 mm x 2,5&nbsp; mm x 5 m, 4,29&nbsp; W/m</td><td>KANTHAL</td><td>8908271</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Polytetrafluorethylen-Band 1/2'' x 12 m</td><td>Teflonband</td><td>R.G.D</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>reflektierender Bragg-Gitter-Bandpassfilter</td><td>OptiGrate</td><td>SPC-780</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Aousto optischer Modulator</td><td>Gooch und Housego</td><td>15210</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Aousto optischer Modulator HF-Treiber, Frequenz: 210 MHz&nbsp;</td><td>Gooch und Housego</td><td>MHP210-1ADS2-A1</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>High-Speedncy-Lock-in-Verstärker</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SR844</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Frequenzzähler</td><td>Phase Matrix</td><td>EIP 578B</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Arbiträrfunktion Generator</td><td>Tektronix</td><td>AFG2021</td><td>Menge: 2</td></tr><tr><td>Datenerfassungsmodul</td><td>National Instruments</td><td>NI USB-6212 BNC</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Datenerfassungssoftware</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW 2014</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Geregeltes Gleichstromnetzteil &nbsp; dual 0-30V 5A</td><td>MEILI</td><td>MCH-305D-ii</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Thermoelement</td><td>MRC</td><td>TP-01</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Thermometer</td><td>MRC</td><td>TM-5007</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Koaxialer Tiefpassfilter DC-1,9 MHz</td><td>Mini-Schaltungen</td><td>BLP-1.9+</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>20% Lipid-Emulsion</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>I141-100ml</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>rundes Deckglas mit 25 mm Durchmesser, Dicke:1 #</td><td>Menzel Glaser</td><td>150285</td><td>Menge: 1</td></tr><tr><td>Computersoftware&nbsp;</td><td>MathWorks</td><td>MATLAB 2015a</td><td></td></tr></tbody></table>

high-speed-dauerstrich-stimulierten brillouin-streuung spektrometer für materialanalyse

High-speed Continuous-wave Stimulated Brillouin Scattering Spectrometer for Material Analysis

Den letzten Jahren verzeichnen einen deutlichen Anstieg der Verwendung von spontane Brillouin-Spektrometern für berührungslose Analyse der weichen Materie, wie wässrigen Lösungen und Biomaterialien, mit schnellen Erfassungszeiten. Hier besprechen wir die Montage und Betrieb von einem Brillouin-Spektrometer, das verwendet stimuliert Brillouin-Streuung (SBS), stimulierte Brillouin Gewinn (SBG) Spektren von Wasser und Lipid-Emulsion basierenden Gewebe-wie Proben im Übertragungsmodus zu messen mit &lt; 10 MHz spektrale Auflösung und &lt; 35 MHz Brillouin-Schicht Messgenauigkeit bei &lt; 100 Ms. das Spektrometer besteht aus zwei fast gegen Weitergabe Dauerstrich-(CW) schmale Linewidth Laser bei 780 nm deren Frequenz Verstimmung, durch gescannt wird die materiellen Brillouin-Verschiebung. Eine Ultra-Schmalband-heiße Rubidium-85-Dampf-Notch-Filter und eine Phase-empfindlichen Detektor verwenden, ist das Signal-Rausch-Verhältnis des SBG-Signals deutlich verbessert im Vergleich zu denen, die mit vorhandenen CW-SBS-Spektrometer. Diese Verbesserung ermöglicht eine Messung der SBG Spektren mit bis zu 100-fold schneller Erwerb Zeiten, wodurch hohe spektrale Auflösung und hochpräzise Brillouin-Analyse aus weichen Materialien mit hoher Geschwindigkeit.

Figuren 2 b und 3 b zeigen typische Punkt SBG-Spektren von destilliertem Wasser und Lipid-Emulsion Gewebe phantom Proben (mit 2,25 Streuung Ereignisse und eine Dämpfung-Koeffizient von 45 cm-1) bzw. innerhalb von 10 ms und 100 ms gemessen. Zum Vergleich: Wir maßen die SBG-Spektren in 10 s wie in den Figuren 2a und 3agezeigt. Bei diesen Messungen die Rubidium-85 Dampf-Zelle wurde erhitzt, um 90 ° C für die streu...

Wir beschreiben die Konstruktion eines schnellen continuous-Hohlleiter-stimuliert-Brillouin-Streuung (CW-SBS)-Spektrometers. Das Spektrometer beschäftigt einphasiger Diodenlaser und eine atomare Dampf Notchfilter Transmissionsspektren trübe/nicht-trübe Proben mit hoher Spektralauflösung zu erwerben Geschwindigkeiten bis zu 100fach schneller als die der vorhandenen CW-SBS-Spektrometer. Diese Verbesserung ermöglicht High-Speed-Brillouin Materialanalyse.

High-Speed-Dauerstrich-stimulierten Brillouin-Streuung Spektrometer für Materialanalyse

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as ...

Das Ziel dieses Experiments ist es, ein kontinuierlichstrichstimuliertes Brillouin-Streuspektrometer zu konstruieren und zu betreiben, um transmissionsstimulierte Brillouin-Spektren von trüben und untrüben Proben mit hoher spektraler Auflösung und Geschwindigkeit zu erfassen. Diese Methode kann den Einsatz der Brillouin-Spektroskopie und -Bildgebung zur Untersuchung der Mechanik von Biomaterialien wie Zellen und Geweben vorantreiben. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie eine schnelle Erfassung von Brillouin-Spektren von trüber und nicht getrübter Materie ermöglicht.Um das Experiment zu starten, stellen Sie sicher, dass die Komponenten des CW-SBS-Spektrometers sicher auf einer optischen Platine montiert sind. Überprüfen Sie, ob die benutzerdefinierte Datenerfassungssoftware Daten vom Mikrowellenfrequenzzähler, dem Lock-in-Verstärker, den Pump- und Sondenlasersteuerungen und dem Funktionsgenerator empfängt. Füllen Sie dann eine Probenkammer mit destilliertem Wasser aus zwei 0,17 Millimeter dicken Glasabdeckgläsern mit einem Durchmesser von 25 Millimetern und einem 500 Mikrometer dicken Polytetrafluorethylen-Klebeband.Montieren Sie einen Kammerhalter auf einem dreia

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Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Wir diskutieren den Bau und Betrieb einer komplexen nichtlinearen optischen System, das ultraschnelle all-optische Schaltelemente verwendet zu isolieren Raman von Fluoreszenz-Signalen. Mit diesem System sind wir in der Lage, erfolgreich getrennt Raman-und Fluoreszenz-Signale nutzen Pulsenergien und mittleren Leistungen, die biologisch unbedenklich bleiben.

Ablehnung des Fluorescence Resonance Hintergrund in und Spontane Raman Mikrospektroskopie

Verwendung von photonischen Kristall langsam Lichtwellenleiter und Hohlräume wurde weithin von der Photonik-Community in vielen unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. Deshalb Herstellung und Charakterisierung dieser Geräte sind von großem Interesse. Dieses Papier umreißt unsere Herstellungstechnik und zwei optische Charakterisierungsmethoden, nämlich: interferometrischen (Wellenleiter) und Resonanzstreuung (Hohlräume).

Herstellung und Charakterisierung von Photonic Crystal Langsam Lichtwellenleitern und Hohlräume

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um eine schnelle Brillouin-Spektrometer zu bauen. Cascading virtuell abgebildeten Phasen-Array (VIPA) Etalons erreichen eine Messgeschwindigkeit mehr als 1.000 mal schneller als herkömmliche Scan Fabry-Perot-Spektrometer. Diese Verbesserung stellt die Mittel für die Brillouin-Analyse von Gewebe und Biomaterialien bei niedrigen Leistungspegeln in vivo.

High Speed ​​Unter GHz-Spektrometer für Brillouin-Streuung Analysis

Wir präsentieren ein Protokoll für die Anwendung der Brillouin-Lichtstreuspektroskopie auf Elastin- und Trypsin-gereinigte Typ I Kollagenfasern der extrazellulären Matrix, um ihre vollen elastischen Eigenschaften zu extrahieren.

Herstellung von extrazellulären Matrix Proteinfasern für Brillouin-Spektroskopie

Dieses Protokoll beschreibt die Analyse der blinkende Oberfläche-enhanced Raman Streuung durch die Irrfahrt eines einzelnen Moleküls auf einer silbernen Oberfläche mittels macht Gesetze.

Beobachtung und Analyse der Oberfläche-enhanced Raman-Streuung zu blinken

In diesem Manuskript wird die Implementierung eines stimulierten Raman-Streumikroskops (SRS) beschrieben, das durch die Integration eines SRS-Experimentalaufbaus mit einem Laser-Scanning-Mikroskop gewonnen wurde. Das SRS-Mikroskop basiert auf zwei Femtosekunden (fs) Laserquellen, einem Ti-Sapphire (Ti:Sa) und einem synchronisierten optischen parametrischen Oszillator (OPO).

Implementierung eines nichtlinearen Mikroskops auf Basis der stimulierten Raman-Streuung

Dieses Papier vergleicht direkt die Auflösung, Empfindlichkeit und Bildkontraste der stimulierten Raman-Streuung (SRS) und der kohärenten Anti-Stokes-Raman-Streuung (CARS), die in dieselbe Mikroskopplattform integriert sind. Die Ergebnisse zeigen, dass CARS eine bessere räumliche Auflösung hat, SRS bessere Kontraste und spektrale Auflösung liefert und beide Methoden eine ähnliche Empfindlichkeit aufweisen.

Direkter Vergleich der hyperspektralen stimulierten Raman-Streuung und der kohärenten Anti-Stokes-Raman-Streumikroskopie für die chemische Bildgebung

Wir präsentieren ein Protokoll zur Aufnahme chemischer Bilder mit breitbandig stimulierter Raman-Streuung (SRS) -Mikroskopie. Basierend auf einem SRS-Mikroskop, das mit differentieller Mehrkanal-Lock-in-Detektion arbeitet, beschreibt das Protokoll die Probenvorbereitung, die Anpassung der SRS-Vorrichtung und die Chemometrie, um verschiedene Bestandteile chemisch heterogener Proben zu entwirren.

Chemische Multiplex-Bildgebung auf Basis einer breitbandstimulierten Raman-Streumikroskopie

Dieser Artikel beschreibt ein Protokoll zur mechanischen Charakterisierung lebender Sphäroide innerhalb einer 3D-Matrix mittels Brillouin-Mikrospektroskopie. Diese vollständig optische Methode ermöglicht sphäroide Visualisierung mit mikroskaliger Auflösung und quantitativen mechanischen Eigenschaften. Dieser Ansatz hat Auswirkungen auf die mechanische Phänotypisierung; zum Beispiel die Bestimmung pathologischer Zustände von Tumorsphäroiden innerhalb einer 3D-Mikroumgebung.

Mechanische Abbildung von Sphäroiden mittels Brillouin-Spektroskopie

Wir stellen eine zerstörungsfreie Methode zum Abtasten räumliche Variation in der Richtung des Lichts von strukturell komplexen Materialien verteilt. Indem das Material intakt bewahren wir grober Maßstab Streuverhalten, während gleichzeitig die Erfassung feinskaligen direktionale Beiträge mit hochauflösender Bildgebung. Die Ergebnisse sind in der Software visualisiert in biologisch relevanten Positionen und Personenwaagen.

Mess-und Richtungs räumlich variierenden Lichtstreuung aus biologischem Material

Erfahren Sie den Aufbau eines CW-SBS-Spektrometers für hochaufgelöste Materialanalyse. Diese Methode ermöglicht die 100-fach schnellere Erfassung von Brillouin-Spektren trüber und nicht-trüber Proben.

High-Speed-Dauerstrich-stimulierten Brillouin-Streuung Spektrometer für Materialanalyse

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