Diffusion Brillouin, d'abord décrit par Léon Brillouin 1 en 1922, est la diffusion inélastique de la lumière à partir des modes acoustiques thermiques dans un solide et des fluctuations de densité thermique dans un liquide ou un gaz. Le décalage spectral de la lumière diffusée, généralement dans la sous-gamme GHz, fournit des informations sur l'interaction entre la lumière incidente et les phonons acoustiques dans l'échantillon. En conséquence, il peut fournir des informations utiles en ce qui concerne les propriétés viscoélastiques du matériau examiné.
Dans sa version spontané, la diffusion Brillouin a généralement des sections transversales de l'ordre de la diffusion Raman, résultant en un signal très faible. En outre, les changements de fréquence de Brillouin sont des ordres de grandeur plus faible que les changements Raman. En conséquence, élastique lumière diffusée (de Rayleigh ou la diffusion de Mie), la lumière parasite et de back-off réflexions de l'échantillon peuvent tous facilement éclipser la signature spectrale Brillouin. Par conséquent, Un spectromètre de Brillouin a besoin non seulement d'obtenir des sous-GHz résolution spectrale mais aussi contraste spectral haute ou l'extinction.
Dans spectromètres de Brillouin traditionnels, ces exigences sont remplies par monochromateurs de balayage-réseau, les méthodes de battage optiques, et, plus couramment, interféromètres numérisation multiple-pass Fabry-Perot 2. Ces méthodes mesurent chaque composante spectrale séquentiellement. Cette approche conduit à des temps d'acquisition pour un unique spectre de Brillouin allant de quelques minutes à plusieurs heures, en fonction de l'instrument et sur l'échantillon. Le VIPA spectromètre à deux étages, construit en utilisant ce protocole, a la capacité de rassembler tous les composants spectraux en moins d'une seconde, tout en offrant l'extinction suffisante (> 60 dB) pour supprimer efficacement les autres signaux parasites 2.
L'intégration des étalons VIPA est l'élément clé de ce spectromètre. Un VIPA est un étalon solide avec trois c différentezones flottantes: dans la surface avant, une bande de revêtement anti-reflet étroite permet à la lumière d'entrer dans le VIPA, tandis que le reste de la surface dispose d'un (HR) revêtement hautement réfléchissant; dans la surface arrière, un revêtement partiellement réfléchissant permet à une petite partie (environ 5%) de la lumière à transmettre. Lorsque focalisé sur l'entrée étroite de la VIPA légèrement incliné, le faisceau de lumière se réfléchit en sous-composants avec différence de phase fixe dans le VIPA 2. Les interférences entre les sous-composantes réalise la dispersion spectrale élevée aspiré. Aligner deux VIPAs séquentiellement en configuration axe transversal introduit dispersion spectrale dans des directions orthogonales 3. La dispersion spectrale dans des directions orthogonales dans l'espace séparant les pics de Brillouin de la diaphonie indésirable, ce qui rend possible de récupérer uniquement le signal de Brillouin. La figure 1 présente un schéma de la VIPA spectromètre à deux étages. Les flèches ci-dessous les éléments optiques indiquent les degree de liberté dans lequel doivent être orientés les stades traductionnelles.

Figure 1. configuration instrumentale. Une fibre optique offre la diffusion Brillouin dans le spectromètre. Une lentille cylindrique C1 (f = 200 mm) focalise la lumière dans l'entrée de la première VIPA (VIPA1). Une autre lentille cylindrique C2 (f = 200 mm) mappe la dispersion angulaire spectrale en une séparation spatiale dans le plan focal de C2. Dans ce plan, un masque vertical est utilisé pour sélectionner la partie souhaitée du spectre. Une configuration analogue suit, incliné à 90 degrés. Le faisceau passe à travers une lentille sphérique S1 (f = 200 mm) et se concentre dans la fente d'entrée de la deuxième VIPA (VIPA2). Une lentille sphérique S2 (f = 200 mm) crée le motif bidimensionnel spectralement séparée dans son plan focal, où un autre masque horizontal est placé. L'hormasque izontal est imagé sur la caméra EMCCD utilisant une paire de lentilles achromatiques. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Un étudiant de premier cycle avec quelques cours de l'optique et de l'expérience de base d'alignement devrait être en mesure de construire et d'utiliser ce spectromètre à deux étages. Le spectromètre a été récemment montré pour être compatible avec une grande variété de sondes optiques standard 3,4,5 (par exemple, un microscope confocal, endoscope, la lampe à fente ophtalmoscope). Ici, le spectromètre est connecté à un microscope confocal. La lumière laser est aligné dans un système de recherche inversée microscope standard après avoir intégré un diviseur de faisceau 90:10. La lumière de rétrodiffusion à partir de l'échantillon est couplé dans une fibre monomode, rendant le microscope confocal.