Alta velocità sub-GHz spettrometro per l'analisi di Brillouin Scattering

L'obiettivo generale di questo spettrometro è misurare le firme di scattering Brion dei tessuti e dei biomateriali: gli spettri di scattering Brion forniscono informazioni senza contatto e non invasive sulle proprietà dei materiali, come il modulo elastico longitudinale. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nella biomeccanica dei tessuti. Ad esempio, nel tessuto corneale, possiamo misurare la forza corneale per la diagnosi e il trattamento del cheratocono.

Il vantaggio principale di questa tecnica è che possiamo eseguire analisi spettrali con bassa potenza luminosa, rendendola sicura per l'uso in vivo, il che consente l'imaging biologico. Inizia con una telecamera e una fibra ottica in posizione su un banco ottico Qui, una telecamera E-M-C-C-D è montata a un'estremità del percorso ottico. La fotocamera dovrebbe acquisire immagini e visualizzarle su un monitor.

Circa 1600 millimetri davanti alla fotocamera. Avere un collimatore in fibra all'altezza della fotocamera. Collegare il collimatore a un singolo laser longitudinale.

Utilizzare una potenza del laser inferiore a 0,1 milliwatt e controllare l'allineamento spostando il diaframma lungo l'asse ottico desiderato. Questo schema fornisce una panoramica della configurazione a questo punto. Quindi, aggiungi una coppia di lenti aromatiche davanti alla fotocamera.

Questa coppia di lenti aromatiche abbinate ha una lunghezza focale di 30 millimetri. Ora inizia ad aggiungere elementi per il palco orizzontale. Innanzitutto, in una fase di traslazione orizzontale, aggiungere una maschera orizzontale in modo che venga ripresa sulla fotocamera dalla lente aromatica.

Il tavolino deve muoversi perpendicolarmente al percorso del raggio. Monitorare l'immagine sullo schermo del computer per verificare che l'immagine mostri spigoli vivi come in questa foto. Procedi con la preparazione per il posizionamento di una lente sferica, 600 millimetri davanti alla maschera orizzontale.

Per prima cosa, prepara due iridi ciascuna su un palo e un supporto per palo per facilitare l'allineamento del raggio, posiziona un'iride tra la posizione prevista dell'obiettivo e la maschera orizzontale. Posizionare l'altro diaframma oltre la posizione prevista dell'obiettivo. Assicurarsi che l'altezza delle iridi consenta al raggio di passare in modo pulito attraverso entrambi.

Al termine del controllo dell'allineamento, passare al lavoro con la lente sferica montata su palo con una lunghezza focale di 200 millimetri di utilizzo. Utilizzare un supporto per palo per posizionare la lente a 600 millimetri davanti alla maschera orizzontale tra le due iridi e fissare il supporto per perno. Ecco uno schema della configurazione dopo la lente sferica, S uno è in posizione.

L'elemento successivo da aggiungere è il primo dei phase array o vipa S.To aggiungere che i vipa hanno uno stadio di traslazione orizzontale in posizione sul banco. A circa 200 millimetri davanti alla lente sferica orientare il tavolino per muoverlo perpendicolarmente alla trave fissata al palco un supporto vipa montato su un palo e un portapalo. Ora prendi il vipa che deve essere montato.

Ogni vipa ha una fessura d'ingresso, che deve essere orientata correttamente per questa vipa. Posizionalo nel supporto vipa con la fessura orientata verticalmente per regolare con precisione la posizione del supporto vipa. Quindi l'ingresso vipa è esattamente nel piano focale della lente sferica.

Continua traslando il vipa fuori dalla trave per continuare l'installazione. Successivamente, preparati a posizionare la seconda lente sferica, 200 millimetri davanti alla maschera orizzontale con iridi su entrambi i lati per l'allineamento, nota che Vipa due è spostato nello schema per indicare che è fuori dal percorso del raggio. Montare la lente sferica utilizzando un perno su un tavolino di traslazione tra le iridi.

Orientare la fase di traslazione in modo che si muova lungo il percorso ottico prima di procedere. Verificare che il riflesso posteriore dell'obiettivo passi in modo pulito attraverso il diaframma. Inoltre, controlla che il raggio in uscita passi in modo pulito attraverso il diaframma sul lato opposto dell'obiettivo.

Quindi spostare il vipa in modo che il suo ingresso SL sia di nuovo nel percorso del raggio. A tale scopo, regolare la posizione della fase di traslazione a cui è collegato. Quando la luce entra nella vipa, osserva le linee verticali dell'immagine della telecamera sul monitor del computer.

Passare a regolare la posizione della seconda lente sferica osservando le linee sul monitor. Bene. Regola la fase di traslazione per rendere più nitide le linee e fermarti quando le linee vengono messe a fuoco. Quindi, lavora con il supporto vipa.

Per regolare lo spettro, utilizzare il grado di libertà di traslazione orizzontale per sintonizzare la posizione di ingresso del raggio sulla londine. Osservare la risposta dell'immagine sul monitor del computer mentre la fessura d'ingresso viene tradotta. Inoltre, utilizzare il grado di libertà di inclinazione orizzontale per regolare l'angolo di ingresso del raggio in al on.

Ancora una volta, monitorare l'immagine sullo schermo del computer per un feedback sulle regolazioni dell'inclinazione. A questo punto, la fase orizzontale dello spettrometro è completa. Per impostare il tavolino verticale, far scorrere il vipa fuori dalla trave utilizzando il tavolino traslazionale.

Successivamente in una posizione, 200 millimetri davanti alla lente sferica. S posizionare una maschera verticale montata su un tavolino di traslazione verticale per consentire alla maschera di uscire dal percorso del raggio. Assicurarsi che l'immagine della maschera verticale sia nitida sulla telecamera CCD.

Il prossimo componente sarà una lente cilindrica. 600 millimetri davanti alla maschera verticale. Usa un supporto per palo per posizionare un obiettivo con lunghezza focale di 200 millimetri tra due diatri.

Il secondo vipa sarà su un palco di traslazione verticale a 200 millimetri davanti alla lente cilindrica. Posizionare il supporto vipa su un palco di traslazione verticale per consentire lo spostamento del vipa fuori dal percorso del raggio. Monta il vipa utilizzando un palo e un portapalo al palco facendo attenzione a orientare finemente la sua fessura d'ingresso in orizzontale.

Regola la posizione del vipa per posizionarlo esattamente nel piano focale della lente cilindrica. Quindi spostarlo fuori dal percorso del raggio. L'elemento finale è una seconda lente cilindrica.

Posizionato a 200 millimetri davanti alla maschera verticale. Per questa lente, posizionare un tavolino di traslazione orientato lungo la montatura del percorso ottico e allineare la seconda lente cilindrica sul tavolino. Ritorna a quello vipa vipa posizionato più di recente e traslalilo di nuovo nel percorso del raggio.

Utilizzare il grado di libertà di traslazione verticale per regolare la posizione di ingresso del raggio nell'al on. Osservare l'effetto della sintonizzazione sull'immagine della telecamera sul monitor del computer. Continuare regolando il grado di libertà di inclinazione verticale per regolare l'angolo di ingresso del raggio.

Osservare il monitor del computer per un feedback sugli effetti delle regolazioni. Ora è il momento di combinare le due fasi del sistema. A tale scopo, fai scorrere VIPA due, il primo montato nel percorso ottico.

Regola il vipa S osservando i punti distanziati orizzontalmente e verticalmente. Il monitor del computer si ferma quando i punti, la firma spettrale del laser a singola frequenza, sono a fuoco. Scatta un'immagine della firma utilizzando il software della fotocamera in questo software.

Fare clic con il pulsante destro del mouse sull'immagine e scegliere l'opzione di tracciato a linee. Trascinare il cursore in diagonale sull'immagine per generare un grafico a linee. Quindi rilasciare il cursore per visualizzare il grafico che verrà utilizzato per determinare la finezza in questo grafico campione, vengono indicate le due misure richieste.

Innanzitutto, misura la distanza diagonale tra due punti, la gamma spettrale libera. Quindi, misura l'intera larghezza a metà massimo. Dividere l'intervallo spettrale libero per l'intera larghezza a metà del massimo e procedere se il rapporto è maggiore di 30.

Tornati al banco, circondare lo spettrometro con uno scheletro di scatola ricoperto di tessuto oscurante mostrato qui con una configurazione diversa prima di continuare, assicurarsi che le maschere e il vipa siano facilmente accessibili. Infine, collegare la fibra a una sonda ottica standard. In questo caso, un microscopio confocale va qui.

Una configurazione scoperta viene utilizzata per dimostrare i passaggi nella misurazione dello spostamento di brion. Innanzitutto, seleziona una delle maschere da regolare. In questo caso, iniziare a chiudere la maschera orizzontale utilizzando il suo micrometro.

Osservare la firma laser sul monitor del computer. L'obiettivo è bloccare la firma laser visibile negli angoli. Utilizzare la fase di traslazione per centrare la maschera orizzontalmente per bloccare la firma.

Continuare a osservare il comportamento della firma laser sul monitor. Passare dalla chiusura alla traduzione della maschera fino a quando la firma non viene bloccata. Quindi fai lo stesso con la maschera verticale.

Con il campione caricato, aprire la maschera dello stage verticale per iniziare a ottimizzare la produttività dello stage verticale. Passare allo stadio verticale vipa vipa si varia la posizione di inclinazione vipa per variare gli angoli di ingresso all'AL durante la scansione attraverso gli ordini dello spettrometro e fermarsi all'ordine con il segnale più nitido. Richiudere la maschera fino a quando il segnale laser non scompare.

Ripetere il processo di ottimizzazione con la maschera orizzontale e vipa prima di effettuare le misurazioni. Ecco gli spettri Brion misurati per metanolo, etanolo e polistirene. In questi grafici, i dati misurati sono in blu.

L'adattamento della curva di Lian è in rosso. I vipa utilizzati hanno uno spessore di cinque millimetri, dando una gamma spettrale libera di circa 20 gigahertz. Il tempo di integrazione è stato di 100 millisecondi.

Sono state effettuate 100 misurazioni e ne è stata calcolata la media. Gli spostamenti di Brion concordano con i risultati pubblicati in precedenza. Questo istogramma è uno degli spostamenti di Brion trovati in 250 misurazioni sequenziali di metanolo.

I dati hanno aiutato a determinare se l'allineamento dello spettrometro è ottimale. Uno spettrometro ben allineato con cinque milliwatt di luce sul campione e un tempo di integrazione di 100 millisecondi avrà una deviazione standard di circa 10 megahertz. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di modificare le impostazioni della fotocamera quando si utilizza la luce laser o la luce diffusa.

In caso contrario, la fotocamera EMC si saturerà e si degraderà nel tempo. Non dimenticare che lavorare con i laser può essere estremamente pericoloso e precauzioni come non guardare mai dritto nel raggio laser. Durante l'esecuzione di questa procedura è necessario indossare sempre occhiali di sicurezza e allinearsi al di sotto del livello degli occhi.