Dispersión de Brillouin, descrita por primera vez por Leon Brillouin 1 en 1922, es la dispersión inelástica de la luz de los modos acústicos térmicas en un sólido y de las fluctuaciones de densidad térmicas en un líquido o gas. El desplazamiento espectral de la luz dispersa, por lo general en la sub-GHz gama, proporciona información acerca de la interacción entre la luz incidente y los fonones acústicos en la muestra. Como resultado, puede proporcionar información útil sobre las propiedades viscoelásticas del material examinado.
En su versión espontánea, dispersión de Brillouin generalmente tiene secciones transversales en el orden de dispersión Raman, lo que resulta en una señal muy débil. Además, los cambios de frecuencia Brillouin son órdenes de magnitud más pequeña que los cambios Raman. Como consecuencia, elásticamente dispersa la luz (de Rayleigh o dispersión de Mie), la luz difusa, y back-reflexiones fuera de la muestra puede eclipsar fácilmente la firma espectral Brillouin. Por lo tanto, Un espectrómetro de Brillouin tiene que lograr no sólo sub-GHz resolución espectral, sino también un alto contraste espectral o la extinción.
En espectrómetros Brillouin tradicionales estos requisitos se cumplen por monocromadores escaneo-rejilla, métodos de batido ópticos y, más popularmente, el escaneo de paso múltiple Fabry-Perot interferómetros 2. Estos métodos miden secuencialmente cada componente espectral. Este enfoque conduce a tiempos de adquisición para un solo espectro de Brillouin van desde unos pocos minutos a varias horas, dependiendo del instrumento y en la muestra. El espectrómetro de VIPA en dos etapas, construido usando este protocolo, tiene la capacidad de recoger todos los componentes espectrales en menos de un segundo al tiempo que proporciona la extinción suficiente (> 60 dB) para reprimir eficazmente otras señales espurias 2.
La integración de los etalones VIPA es el elemento clave de este espectrómetro. Un VIPA es un etalón sólida, con tres c diferenteáreas flotante: en la superficie frontal, una tira de revestimiento antirreflectante estrecha permite que la luz entre en el VIPA, mientras que el resto de la superficie cuenta con un recubrimiento (HR) altamente reflectante; en la superficie posterior, un revestimiento parcialmente reflectante permite que una pequeña porción (~ 5%) de la luz a transmitir. Cuando se centró en la estrecha entrada del VIPA ligeramente inclinada, el haz de luz se refleja en sub-componentes con diferencia de fase fija dentro del VIPA 2. La interferencia entre los componentes sub logra la alta dispersión espectral aspirado. Alineación de dos VIPAs secuencialmente en la configuración del eje transversal introduce dispersión espectral en direcciones ortogonales 3. La dispersión espectral en direcciones ortogonales separa espacialmente los picos de Brillouin de la diafonía no deseada, lo que hace posible recoger sólo la señal de Brillouin. La Figura 1 muestra un esquema del espectrómetro de VIPA dos etapas. Las flechas debajo de los elementos ópticos indican los gradosree de la libertad en el que las etapas de traslación deben orientarse.

Figura 1. Configuración instrumental. Una fibra óptica proporciona la dispersión de Brillouin en el espectrómetro. Una lente cilíndrica C1 (f = 200 mm) enfoca la luz en la entrada de la primera VIPA (VIPA1). Otra lente cilíndrica C2 (f = 200 mm) mapea la dispersión angular espectral en una separación espacial en el plano focal de C2. En este plano, una máscara vertical se utiliza para seleccionar la parte deseada del espectro. Una configuración análoga sigue, inclinado a 90 grados. El haz pasa a través de una lente esférica S1 (f = 200 mm) y se centra en la ranura de entrada de la segunda VIPA (VIPA2). Una lente esférica S2 (f = 200 mm) crea el patrón espectralmente separadas en dos dimensiones en su plano focal, donde se coloca otra máscara horizontal. El hormáscara hori- se forma la imagen en la cámara EMCCD usando un par de lentes acromático. Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Un estudiante universitario con algunos cursos de óptica y la experiencia básica de alineación debe ser capaz de construir y utilizar este espectrómetro de dos etapas. El espectrómetro se ha demostrado recientemente para ser compatible con una variedad de sondas ópticas estándar 3,4,5 (por ejemplo, un microscopio confocal, endoscopio, oftalmoscopio con lámpara de hendidura). Aquí, el espectrómetro está conectado a un microscopio confocal. La luz láser se alinea en una investigación microscopio invertido sistema estándar después de la integración de un divisor de haz de 90:10. La luz de retrodispersión de la muestra está acoplado a una fibra monomodo, haciendo que el confocal microscopio.