High Speed ​​Sous-GHz spectromètre pour Brillouin Scattering Analyse

L'objectif général de ce spectromètre est de mesurer les signatures de diffusion de Brillouin de tissus et de biomatériaux. Les spectres de diffusion de Brillouin fournissent, de manière non invasive et sans contact, des informations sur les propriétés des matériaux, telles que le module élastique longitudinal. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés en biomécanique des tissus. Par exemple, dans le cas du tissu cornéen, nous pouvons mesurer la résistance cornéenne afin de diagnostiquer et traiter le kératocône.

Le principal avantage de cette technique est que nous pouvons effectuer une analyse spectrale avec une faible puissance lumineuse, ce qui la rend sûre pour une utilisation in vivo et permet l'imagerie biologique. Commencez par placer une caméra et une fibre optique sur un banc optique. Ici, une caméra E-M-C-C-D est montée à une extrémité du trajet optique. La caméra doit acquérir des images et les afficher sur un moniteur.

Environ 1600 millimètres devant la caméra. Placez un collimateur de fibre à la hauteur de la caméra. Connectez le collimateur à un laser monomode longitudinal.

Utilisez une puissance laser inférieure à 0,1 milliwatt et vérifiez l'alignement en déplaçant le diaphragme le long de l'axe optique souhaité. Ce schéma donne un aperçu de l'installation à ce stade. Ensuite, ajoutez une paire de lentilles aromatiques devant la caméra.

Cette paire de lentilles aromatiques appariée a une distance focale de 30 millimètres. Commencez maintenant à ajouter des éléments pour le montage horizontal. Placez d'abord un masque horizontal sur un montage de translation horizontale, de sorte qu'il soit projeté sur la caméra par la lentille aromatique.

La platine doit se déplacer perpendiculairement au trajet du faisceau. Surveillez l'image sur l'écran d'ordinateur pour vous assurer que l'image présente des bords nets, comme sur cette photo. Passez ensuite à la préparation du placement d'une lentille sphérique, située à 600 millimètres devant le masque horizontal.

Tout d'abord, préparez deux diaphragmes iris, chacun monté sur un support et un porte-support, afin de faciliter l'alignement du faisceau ; placez un diaphragme iris entre la position prévue pour la lentille et le masque horizontal. Placez l'autre diaphragme iris au-delà de la position prévue pour la lentille. Assurez-vous que la hauteur des diaphragmes permet au faisceau de traverser proprement les deux diaphragmes.

Une fois l'alignement vérifié, passez à l'utilisation de la lentille sphérique montée sur un support dont la longueur focale est de 200 millimètres. Utilisez un porte-support pour placer la lentille à 600 millimètres devant le masque horizontal situé entre les deux diaphragmes, puis fixez le porte-support. Voici un schéma du dispositif après que la lentille sphérique S1 soit en place.

L'élément suivant à ajouter est le premier des réseaux de phase à image virtuelle, ou vipa S. Pour ajouter le vipa, placez une platine de translation horizontale sur le banc. Environ 200 millimètres devant la lentille sphérique, orientez la platine de manière à ce qu'elle se déplace perpendiculairement au faisceau ; fixez sur la platine un support de vipa monté sur un poteau et un porte-poteau. Récupérez maintenant le vipa qui doit être monté.

Chaque vipa possède une fente d'entrée, qui doit être correctement orientée pour ce vipa. Placez-la dans le support de vipa avec la fente orientée verticalement, puis effectuez des réglages fins de la position du support de vipa afin que l'entrée du vipa se trouve exactement dans le plan focal de la lentille sphérique.

Continuez en déplaçant le vipa hors du faisceau pour poursuivre la mise en place. Ensuite, préparez-vous à placer la deuxième lentille sphérique, à 200 millimètres devant le masque horizontal, avec des diaphragmes réglables de chaque côté pour l'alignement ; notez que le vipa deux est décalé dans le schéma afin d'indiquer qu'il est hors du trajet du faisceau. Montez la lentille sphérique à l'aide d'un support fixé sur une platine de translation située entre les diaphragmes réglables.

Orientez la platine de translation pour qu'elle se déplace le long du trajet optique avant de poursuivre. Vérifiez que le faisceau réfléchi par l'arrière de la lentille traverse proprement le diaphragme. Vérifiez également que le faisceau sortant traverse proprement le diaphragme situé du côté opposé de la lentille.

Ensuite, déplacez le vipa de manière à ce que son entrée SL se retrouve à nouveau dans le trajet du faisceau. Pour ce faire, ajustez la position de la platine de translation à laquelle il est fixé. Lorsque la lumière pénètre dans le vipa, observez les lignes verticales de l'image de la caméra sur l'écran de l'ordinateur.

Passez à l'ajustement de la position de la deuxième lentille sphérique tout en observant les lignes sur l'écran. Ajustez finement le dispositif de translation pour affiner les lignes et arrêtez lorsque les lignes sont au point. Ensuite, travaillez avec le support vipa.

Pour ajuster le spectre, utilisez le degré de liberté en translation horizontale afin de régler la position d'entrée du faisceau dans le lon. Observez la réponse de l'image sur l'écran de l'ordinateur pendant que la fente d'entrée est déplacée. En outre, utilisez le degré de liberté en inclinaison horizontale pour régler l'angle d'entrée du faisceau dans l'al on.

Encore une fois, surveillez l'image à l'écran de l'ordinateur pour obtenir un retour sur les ajustements d'inclinaison. À ce stade, le réglage horizontal du spectromètre est terminé. Pour configurer le dispositif vertical, faites glisser le vipa hors du faisceau à l'aide de la platine de translation.

Ensuite, à une position située à 200 millimètres devant la lentille sphérique, placer un masque vertical monté sur un stage de translation verticale, afin de permettre au masque de sortir du trajet du faisceau. S'assurer que le masque vertical est nettement imagé sur la caméra CCD.

Le composant suivant sera une lentille cylindrique. À 600 millimètres devant le masque vertical. Utilisez un support à tige pour placer une lentille de distance focale 200 millimètres entre deux diaphragmes.

Le deuxième vipa sera placé sur une plateforme de translation verticale située à 200 millimètres devant la lentille cylindrique. Placez le support du vipa sur une plateforme de translation verticale afin de permettre de déplacer le vipa hors du trajet du faisceau. Montez le vipa à l’aide d’un support et de son porte-support sur la plateforme, en veillant soigneusement à orienter horizontalement sa fente d’entrée avec précision.

Ajustez la position du vipa afin de la placer exactement dans le plan focal de la lentille cylindrique. Ensuite, retirez-la du trajet du faisceau. L'élément final est une seconde lentille cylindrique.

Placé à 200 millimètres devant le masque vertical. Pour cette lentille, positionnez une platine translationnelle orientée le long du montage du trajet optique et alignez la seconde lentille cylindrique sur la platine. Revenez à la vipa vipa placée le plus récemment et translatez-la à nouveau dans le trajet du faisceau.

Utilisez le degré de liberté de translation verticale pour ajuster la position d'entrée du faisceau dans l'al on. Observez l'effet du réglage sur l'image de la caméra affichée sur l'écran de l'ordinateur. Poursuivez en ajustant le degré de liberté de basculement vertical afin de régler l'angle d'entrée du faisceau.

Surveillez l'écran de l'ordinateur pour obtenir un retour sur les effets des réglages. Il est maintenant temps de combiner les deux étapes du système. Pour ce faire, faites glisser le VIPA deux, le premier monté sur le trajet optique.

Réglez le vipa S tout en observant les points espacés horizontalement et verticalement. L'arrêt de l'écran d'ordinateur se produit lorsque les points présentant la signature spectrale du laser à fréquence unique sont au point focal. Prenez une image de la signature à l'aide du logiciel de caméra intégré à ce logiciel.

Cliquez avec le bouton droit sur l'image et choisissez l'option de tracé linéaire. Faites glisser le curseur en diagonale à travers l'image pour générer un tracé linéaire. Relâchez ensuite le curseur pour afficher le tracé qui sera utilisé afin de déterminer le facteur de mérite ; dans ce tracé exemple, les deux mesures requises sont indiquées.

Tout d'abord, mesurez la distance diagonale entre deux points, soit la plage spectrale libre. Ensuite, mesurez la largeur à mi-hauteur. Divisez la plage spectrale libre par la largeur à mi-hauteur, et poursuivez si le rapport est supérieur à 30.

De retour au poste de travail, entourez le spectromètre d'une structure en forme de boîte recouverte d'un tissu occultant, comme illustré ici avec un autre dispositif. Avant de poursuivre, assurez-vous que les masques et le vipa sont facilement accessibles. Enfin, connectez la fibre à une sonde optique standard. Dans ce cas, un microscope confocal va ici.

Un dispositif non couvert est utilisé pour démontrer les étapes de la mesure du décalage de Brion. Commencez par sélectionner l'un des masques à régler. Dans ce cas, commencez à fermer le masque horizontal à l'aide de son micromètre.

Observer la signature du laser sur l'écran de l'ordinateur. L'objectif est de bloquer la signature du laser visible dans les coins. Utiliser la platine de translation pour centrer horizontalement le masque afin de faciliter le blocage de la signature.

Continuez à observer le comportement de la signature laser sur l'écran. Alternez entre fermeture et translation du masque jusqu'à ce que la signature soit bloquée. Procédez ensuite de la même manière avec le masque vertical.

Une fois l'échantillon chargé, ouvrez le masque du palier vertical pour commencer à optimiser le débit du palier vertical. Passez ensuite au vipa du palier vertical ; faites varier la position d'inclinaison du vipa afin de couvrir différentes angles d'entrée sur l'AL, balayez les ordres du spectromètre et arrêtez-vous à l'ordre présentant le signal le plus net. Refermez à nouveau le masque jusqu'à ce que le signal laser disparaisse.

Répétez le processus d'optimisation avec le masque horizontal et le vipa avant de procéder aux mesures. Voici des spectres Brion mesurés pour le méthanol, l'éthanol et le polystyrène. Sur ces graphiques, les données mesurées sont en bleu.

L'ajustement de la courbe de Lian est en rouge. Les vipa utilisés ont une épaisseur de cinq millimètres, ce qui donne une plage spectrale libre d'environ 20 gigahertz. Le temps d'intégration était de 100 millisecondes.

100 mesures ont été effectuées et moyennées. Les décalages de Brion sont en accord avec les résultats publiés précédemment. Cet histogramme représente les décalages de Brion observés lors de 250 mesures séquentielles de méthanol.

Les données ont permis de déterminer si l'alignement du spectromètre est optimal. Un spectromètre bien aligné, avec cinq milliwatts de lumière sur l'échantillon et un temps d'intégration de 100 millisecondes, présentera un écart type d'environ 10 mégahertz. Lors de la réalisation de cette procédure, il est important de se rappeler de modifier les paramètres de la caméra lorsque la lumière laser ou la lumière diffusée est utilisée.

Sinon, la caméra E-M-C-C-D sera saturée et se dégradera avec le temps. N'oubliez pas que travailler avec des lasers peut être extrêmement dangereux, et que des précautions telles que ne jamais regarder directement dans le faisceau laser doivent toujours être prises. Le port de lunettes de protection et l'alignement en dessous du niveau des yeux sont obligatoires lors de la réalisation de cette procédure.