Qui vi presentiamo un protocollo per costruire un rapido spettrometro Brillouin. Cascading matrice di fase praticamente ripreso (VIPA) etalon raggiungere una velocità di misura più di 1.000 volte più veloce di scansione tradizionale Fabry-Perot spettrometri. Questo miglioramento fornisce i mezzi per l'analisi Brillouin del tessuto e biomateriali a bassi livelli di potenza in vivo.
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Articolo metodologico
Alta velocità sub-GHz spettrometro per l'analisi di Brillouin Scattering
In questo articolo
Sommario
Abstract
L'obiettivo di questo protocollo è quello di costruire un alto estinzione parallelo e ad alta risoluzione Brillouin ottica spettrometro. Spettroscopia Brillouin è un metodo di misurazione senza contatto che può essere utilizzato per ottenere misure dirette delle proprietà dei materiali viscoelastico. È stato uno strumento utile nella caratterizzazione materiale, monitoraggio strutturale e rilevamento ambientale. In passato, spettroscopia Brillouin ha normalmente impiegate scansione Fabry-Perot etalon per eseguire l'analisi spettrale. Questo processo richiede molta potenza illuminazione e lunghi tempi di acquisizione, rendendo la tecnica non adatto per applicazioni biomediche. Un romanzo spettrometro recentemente introdotto supera questo problema impiegando due VIPAs in una configurazione asse trasversale. Questa innovazione consente (GHz) Risoluzione analisi spettrale-Gigahertz sub con inferiori al secondo tempo di acquisizione e la potenza di illuminazione entro i limiti di sicurezza del tessuto biologico. Le nuove applicazioni multiple facilitati da questo miglioramento sono currently fase di studio nella ricerca biologica e applicazione clinica.
Introduzione
Diffusione Brillouin, descritta da Leon Brillouin 1 nel 1922, è la diffusione anelastica di luce dai modi acustici termici in un solido e dalle fluttuazioni di densità termiche in un liquido o gas. Lo spostamento spettrale della luce diffusa, di solito nella gamma sub-GHz, fornisce informazioni sull'interazione tra la luce incidente e fononi acustici nel campione. Come risultato, può fornire utili informazioni riguardanti le proprietà viscoelastiche del materiale esaminato.
Nella sua versione spontanea, Brillouin ha generalmente sezioni nell'ordine dello scattering Raman, risultando in un segnale molto debole. Inoltre, ....
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Protocollo
Nota: analisi spettrale Brillouin richiede un laser monomodo longitudinale (~ 10 mW a campione). Per scopi allineamento, utilizzare una porzione fortemente attenuato del fascio laser (<0,1 mW).
1. Configurazione iniziale della fibra e la EMCCD (Electron Moltiplicato Charge Coupled Device) Camera
- Identificare circa 1.600 mm di spazio libero per l'allineamento spettrometro su un tavolo ottico.
- Montare la fotocamera EMCCD alla fine dello spazio allineamento libero.
- Utilizzare viti di fermo per fissare la fotocamera a post. Serrare i posti in post holder all'altezza dell'asse ottico desiderato. Serrare i Pos....
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Risultati
Figura 3 mostra spettri Brillouin rappresentativi e le loro misure per materiali diversi. I VIPAs entrambi hanno uno spessore di 5 mm, che si traduce in un FSR di circa 20 GHz. Il tempo di integrazione per queste misure era di 100 msec. 100 misure sono state prese e media. Una misurazione di calibrazione è stata presa prima di acquisire gli spettri.
Fig.......
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Discussione
Una caratteristica fondamentale di questa configurazione spettrometro è che le due fasi possono essere allineate in modo indipendente. Quando un etalon VIPA viene fatto scorrere fuori dal percorso ottico, i rimanenti lenti della fase spettrometro formano un 1: 1 sistema di imaging, in modo che il modello spettrale da ciascuno stadio viene esposta sulla telecamera CCD. Pertanto, è semplice tornare a uno dei due stadi per migliorare le sue prestazioni senza influenzare l'allineamento del altro stadio. La serie di fasi.......
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Dichiarazioni
Giuliano Scarcelli e Seok H. Yun sono titolari di brevetti relativi alla tecnologia di spettroscopia Brillouin.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato supportato in parte dal National Institutes of Health (P41-EB015903, R21EY023043, K25EB015885), National Science of Foundation (CBET-0853773) e Human Frontier Science Program (Young Investigator Grant).
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| OPTICS | |||
| VIPA (array di fase dell'immagine virtuale) | LIGH MACHINERY | Quantità: 2 | |
| Fascio di Tre 423 Stadi Lineari con Micrometri SM-25 | NEWPORT | 423-MIC | Quantità: 1 |
| Stadio di traslazione con cuscinetto a rulli incrociati SS, 0,5 pollici, 8-32, 1/4-20 | NEWPORT | 9066-X | Quantità: 1 |
| micrometro a corsoio, 13 mm Corsa, 9 lb Capacità di carico, 50,8 TPI | NEWPORT | SM-13 | Quantità: 1 |
| Fessura a larghezza regolabile | NEWPORT | SV-0,5 | Quantità: 2 |
| Tavolino lineare compatto a coda di rondine, 0,20 in. Corsa Z, 1,57x1,57x1,38 in. | NEWPORT | DS40-Z | Quantità: 2 |
| base a taglio, 25 o 40 mm a 65 mm Tavolino, 1,1 pollici Gamma | NEWPORT | B-2B | Quantità: 2 |
| Ø Perno ottico da 1/2", vite di fermo 8-32, rubinetto da 1/4"-20, L = 2", confezione da 5 | THORLABS | TR2-P5 | Quantità: 2 |
| Ø Supporti per pali da 1/2", viti a testa zigrinata con bloccaggio esagonale a molla, L = 2", confezione da 5 | THORLABS | PH2-P5 | Quantità: 1 |
| Ø Supporti per pali da 1/2", vite a testa zigrinata con bloccaggio esagonale a molla, L = 3", confezione da 5 | THORLABS | PH3-P5 | Quantità: 1 |
| attacco per lente imperiale per ottica da 2", 8-32 Tap | THORLABS | LMR2 | Quantità: 2 |
| f=200.0 mm, Ø Doppietto acromatico da 2", ARC: 400-700 nm | THORLABS | AC254-200-A | Quantità: 2 |
| Montaggio cinematico per un massimo di 1,3" (33 mm) Ottica rettangolare alta, per destrimani | THORLABS | KM100C | Quantità: 2 |
| Attacco per lenti cilindriche fisse, Altezza ottica massima: 1,60" (40,6 mm) | THORLABS | CH1A | Quantità: 2 |
| f=200,00 mm, H=30,00 mm, L=32,0 mm, lente cilindrica piano-convessa N-BK7, rivestimento antiriflesso: 350-700 nm | THORLABS | L1653L1-A | Quantità: 2 |
| morsetti per palo ad angolo retto, fissi a 90 gradi; Adattatore | THORLABS | RA90 | Quantità: 1 |
| adattatore con filettatura esterna C-Mount e filettatura SM1 interna | THORLABS | SM1A9 | Quantità: 1 |
| adattatore base piedistallo con perni, filettatura 1/4"-20 | THORLABS | PB4 | Quantità: 2 |
| distanziatori, 2" x 3", 1.000" di spessore | THORLABS | Ba2S7 | Quantità: 2 |
| 543 nm, f=15,01 mm, NA=0,17 fibra FC/APC Collimazione Pkg. | THORLABS | F260APC-A | Quantità: 1 |
| adattatore filettato SM1 per Ø 11 collimatori mm | THORLABS | Ad11F | Quantità: 1 |
| Attacco per Lente di Traslazione per Ø Ottica da 1", 1 anello di sicurezza incluso | THORLABS | LM1XY | Quantità: 1 |
| cavo patch monomodale, 450 - 600 nm, FC/APC, 2 m di lunghezza | THORLABS | P3-460B-FC-2 | Quantità: 1 |
| 1:1 Achr. Coppia, f1=30 mm, f2=30 mm, BBAR 400-700 nm | THORLABS | MAP103030-A | Quantità: 1 |
| tubo dell'obiettivo SM1… lunghezza da regolare dipende dal CCD, abbiamo 3,5 pollici | THORLABS | SM1LXX | Quantità: 1 |
| Base Adattatori per Ø Supporti per pali da 1/2" e Ø Pali da 1" | THORLABS | BE1 | Quantità: 8 |
| Forche di serraggio per Ø Supporti per pali da 1/2" e Ø Pali da 1" | THORLABS | CF125 | Quantità: 8 |
| HW-KIT5 - Kit vite a testa cilindrica e bulloneria 4-40 per mini-serie | THORLABS | HW-KIT5 | Quantità: 1 |
| D20S - Standard Iris, Ø Apertura massima 20,0 mm | THORLABS | D20S | Quantità: 2 |
| FOR ENCLOSURE | |||
| 25 mm Guida di costruzione, L = 21" | THORLABS | XE25L21 | Quantità: 6 |
| Cubo da costruzione da 1" con tre fori svasati da 1/4" (M6) | THORLABS | RM1G | Quantità: 8 |
| Staffa ad angolo retto per guide da 25 mm | THORLABS | XE25A90 | Quantità: 12 |
| Binario da costruzione da 25 mm, L = 15" | THORLABS | XE25L15 | Quantità: 4 |
| Binario di costruzione da 25 mm, L = 9" | THORLABS | XE25L09 | Quantità: 8 |
| nastri per mascheratura neri ad alte prestazioni, 2" x 60 yds. (50 mm x 55 m) Rotolo | THORLABS | T743-2.0 | Quantità: 1 |
| dado a T a basso profilo, foro filettato da 1/4"-20, quantità: 10 | THORLABS | XE25T3 | Quantità: 1 |
| 1/4"-20 viti per canali a basso profilo (100 viti/scatola) | THORLABS | SH25LP38 | Quantità: 1 |
| 60" (L) x 3 yds. (L) x 0,005" (T) (1,5 m x 2,7 m x 0,12 mm) Tessuto oscurante | THORLABS | BK5 | Quantità: 1 |
| CAMERA, LASER e MICROSCOPIO | |||
| EMCCD camera | ANDOR | iXon Ultra 897 | Quantità: 1 |
| laser verde monomodale da 400 mW | LASER QUANTUM | torus 532 | Quantità: 1 |
| Microscopio a sistema invertito di ricerca | OLYMPUS | IX71 | Quantità: 1 |
Riferimenti
- Brillouin, L. Diffusion de la lumiere et des rayonnes X par un corps transparent homogene; influence del'agitation thermique. Ann. Phys. (Paris) . 17, 88-122 (1922).
- Scarcelli, G., Yun, S. H. Multistage VIPA etalons for h....
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Ristampe e permessi
