Name: 材料の分析のための高速連続誘導ブリルアン散乱分光器 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-22T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 55 s
Description: 学ぶ 高速連続誘導ブリルアン散乱分光器の構築と操作方法。単一周波数ダイオードレーザーと原子蒸気ノッチフィルターを用いて、従来比100倍の高速データ取得と高分解能を実現し、細胞や組織などのバイオマテリアルの力学解析を可能にする。

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IR は、博士課程フェローシップ賞アズリエリ財団に感謝しています。

<ol><li>Koski, K. J., Akhenblit, P., McKiernan, K., Yarger, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+determination+of+the+complete+elastic+moduli+of+spider+silks%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Non-invasive determination of the complete elastic moduli of spider silks.</a> Nat. Mater. 12 (3), 262-267 (2013).</li>
<li>Palombo, F., Madami, M., Stone, N., Fioretto, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+mapping+with+chemical+specificity+by+confocal+Brillouin+and+Raman+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Analyst%22%5BJournal%5D)">Mechanical mapping with chemical specificity by confocal Brillouin and Raman microscopy.</a> Analyst. 139 (4), 729-733 (2014).</li>
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<li>Scarcelli, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noncontact+three-dimensional+mapping+of+intracellular+hydromechanical+properties+by+Brillouin+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Methods%22%5BJournal%5D)">Noncontact three-dimensional mapping of intracellular hydromechanical properties by Brillouin microscopy.</a> Nat. Methods. 12 (12), 1132-1134 (2015).</li>
<li>Traverso, A. J., Thompson, J. V., Steelman, Z. A., Meng, Z., Scully, M. O., Yakovlev, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dual+Raman-Brillouin+microscope+for+chemical+and+mechanical+characterization+and+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Dual Raman-Brillouin microscope for chemical and mechanical characterization and imaging.</a> Anal. Chem. 87 (15), 7519-7523 (2015).</li>
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<li>Antonacci, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+plaque+stiffness+by+Brillouin+microscopy+in+experimental+thin+cap+fibroatheroma%5BTitle%5D)+AND+%22J.+R.+Soc.+Interface%22%5BJournal%5D)">Quantification of plaque stiffness by Brillouin microscopy in experimental thin cap fibroatheroma.</a> J. R. Soc. Interface. 12 (112), 20150483(2015).</li>
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<li>Ballmann, C. W., Thompson, J. V., Traverso, A. J., Meng, Z., Scully, M. O., Yakovlev, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulated+Brillouin+scattering+microscopic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Stimulated Brillouin scattering microscopic imaging.</a> Sci Rep. 5, 18139(2015).</li>
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<li>She, C. Y., Moosmüller, H., Herring, G. C. <a target="_blank" href="http://link.springer.com/article/10.1007/BF00686451">Coherent light scattering spectroscopy for supersonic flow measurements.</a> Appl. Phys. B-Lasers O. 46 (4), 283-297 (1988).</li>
<li>Fiore, A., Zhang, j, Peng Shao,, Yun, S. H., Scarcelli, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-extinction+virtually+imaged+phased+array-based+Brillouin+spectroscopy+of+turbid+biological+media%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">High-extinction virtually imaged phased array-based Brillouin spectroscopy of turbid biological media.</a> Appl. Phys. Lett. 108 (20), 203701(2016).</li>
<li>Taking a Measurement with Your Computer. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.ni.com/webcast/1673/en">http://www.ni.com/webcast/1673/en</a> (2014).</li>
</ol>

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図 1に示すように、システムは、水様のサンプルの配置を促進する、光学テーブルを垂直方向に取り付けることができます 18」x 24」ブレッドで造られるように設計されました。その結果、強くすべての光学的および機械的要素を締めます、ポンプ ・ プローブの梁がコリニアと同心軸外のジオメトリのサンプルを照らす前に様々 な要素を持つことを確認することが重要です。
そのマスク水サンプル (~ 10-6) の弱いブリルアン利得過剰な浮遊ポンプ反射によるブリルアン利得信号を観察することの難しさがあります。これらの欠点に対処するため最初に確保し、プローブと集光レンズ ポンプの共同のフォーカス ポイントで商工会議所が配置されている (L3と L4、それぞれ)。その後、少し手前にルビジウム セル (I) アイリスを閉じますおよび/または翻訳若干さらに浮遊ポンプ反射の検出を排除するポンプ光 (6M) の折りたたみミラー。これらのプロシージャはまた減少ブリルアン信号が、水の誘導ブリルアン利...

自発ブリルアン分光法が確立された液体などの柔らかい材料の力学解析のための貴重なアプローチとして、近年実際組織、組織ファントムと生物細胞1,2, 3,4,5,6,7。このアプローチは、単一レーザー点灯サンプル、培地で自発熱音響波は弾性散乱光が分光装置は、試料の粘弾性特性の有用な情報を提供することによって収集します。自然のブリルアン スペクトルには音響のストークス ・反ストークス材料の共振で 2 つのブリルアン ピークには (弾性散乱光) による照明レーザー周波数でレイリーのピークが含まれます。ブリルアン散乱ジオメトリのブリルアン周波数は数 GHz で照明レーザー、高周波から移され、数百 MHz のスペクトル幅を持ちます。
における最近の技術の進歩は事実上相配列 (VIPA) をイメージ ファブリ ・分光計をスキャンと、ソフトマター1,2自発ブリルアン スペクトルを取得するためのシステムの選択がされているが、分光計は、適切なスペクトル分解能 (サブ GHz)3,4,5,6,7大幅に高速 (1 秒未満) ブリルアン計測を有効にしています。このプロトコルで異なる、高速、高スペクトル分解能、正確なブリルアン分光計の非混濁・濁水から continuous-波動-刺激-ブリルアン散乱 (CW-SBS) 光の検出に基づく建設を提案します。ほぼ後方散乱ジオメトリのサンプル。
CW SBS 分光における周波数で若干デチューン、(CW) の連続のポンプ ・ プローブ レーザーは音波を刺激するためにサンプルに重なります。ポンプ ・ プローブのビームの周波数の差には、材料の特定共鳴が一致すると、増幅またはプローブ信号のしたはによって提供される誘導ブリルアン利得または損失 (sbg 社/SBL) プロセス、それぞれ;それ以外の場合、SBS (de) の増幅には、8,9,10,11は発生しません。したがって、sbg 社 (SBL) スペクトルは材料ブリルアン共鳴間レーザーの周波数の差をスキャンし、検出の増加 (減少)、によって得ることができるまたは SBS によるプローブ強度 (損失) を得る。異なりの自発のブリルアン散乱弾性散乱背景が本質的に欠けている SBS、白濁と非混濁のサンプルで必要な VIPA とレイリー除去フィルターを必要とせずに優れたブリルアン コントラストを有効にすることで分光計10、11,13。
CW SBS 分光器の主要なビルディング ブロックは、ポンプ ・ プローブ レーザーと誘導ブリルアン利得/損失検出器です。高スペクトル分解能、高速 CW SBS 分光用レーザーは、単一周波数をする必要があります (&#60; 10 MHz 幅) 十分に広い波長可変特性 (20-30 GHz) とスキャン率 (&#62; 200 GHz/s)、長期周波数安定度 (&#60; 50MHz/h) と低雑音。さらに、いくつかの何百もの力を持つ梁の直線偏波と回折限界のレーザー (tens) のサンプルに mW のポンプ (プローブ) 梁の必要。最後に、誘導ブリルアン利得/損失検出器は、ソフトの問題で弱い後方誘導ブリルアン利得/損失 (sbg 社/SBL) レベル (10-5 - 10-6) を確実に検出する設計必要があります。これらのニーズを満たすためには、我々 は偏波保持する結合分布帰還 (DFB) 半導体レーザを選択した超狭原子を組み合わせた誘導ブリルアン利得/損失検出器と一緒に繊維蒸気ノッチ フィルターと高周波図 1に示すようにロックイン アンプをシングル変調に。この検出方式は、目的の SBG 信号が埋め込まれた11プローブ強度の騒音を大幅に削減しながら SBG の信号の強さを倍増します。私たち SBS 分光器で使用する原子蒸気ノッチ フィルターの役割が検出 VIPA 分光計のように弾性散乱背景を減らすのではなく、不要な浮遊ポンプ反射の検出を大幅に削減することに注意してください。自発的なレイリーとブリルアン散乱光です。下記のプロトコルを使用して CW SBS 分光計は sbg の全体的レベル並みに 10-6水と組織ファントムの透過スペクトルを取得する能力を持つ構築ことができます &#60; 35 MHz におけるブリルアン シフト測定精度と100 ms 以内。
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/55527/55527fig1.jpg"> 
図 1: 連続誘導ブリルアン散乱 (CW-SBS) 分光します。2 つ連続ポンプ ・ プローブ ダイオード レーザー (DL)、サンプルのブリルアン シフト周りデチューン周波数は、偏波保持ファイバーにそれぞれコリメータ C1 C2と結合されています。ポンプ ・ プローブの周波数差は、ポンプ ・ プローブ レーザー光スプリッター (FS)、高速光検出器 (FPD) と周波数 (FC) のセットを使用してから皮をむいたビーム間のビート周波数を検出によって測定されます。プローブの S 偏極ビーム (明るい赤)、四分の一波長板 (λ14) による円偏波ビーム拡大器 (L1 L2) は正しいケプラーを使用して拡張し、色消しレンズ (3L) によってサンプル (S) に焦点を当てた。SBS の相互作用および光学絶縁は、ケプラー式ビーム拡大器 (L5 L6) を使用して拡張ポンプ光 (深赤)、最初 P 偏光波長板 λ24 を使用して)、偏光透過ビームスプリッター (PBS) が最終的に左円四分の一波長板 (λ24) によって分極し、色消しレンズ (4L; L3と同じ) とサンプルに焦点を当てた。ポンプ ・ プローブ梁ほぼカウンターに伝達されるよう、サンプルでは (λ14 から出てくる) ポンプの P 偏光ビームがプローブに入るを防ぐために使用された (P) S 指向の偏光板がレーザーに注意してください。ロックイン検出のポンプ光正弦波音響光学変調器の出力 (AOM) fmで変調されます。SBG 信号、周波数fmで輝度変化として現れる (はめ込み式を参照) で復調ロックイン アンプ (LIA) 広域フォト ダイオード (PD) による検出に続きます。フォト ダイオードにおける浮遊ポンプ反射の重要な除去は、狭帯域ブラッグ フィルター (BF) とポンプ波長の周りの原子のノッチ フィルター (85RB) (I) 光ブロック アイリスと一緒に使用されます。パーソナル コンピューター (PC) に接続されているデータ集録カード (DAQ) ブリルアン スペクトルの詳細な分析データが記録されます。すべて折りたたみミラー (M1- M6)、水様のサンプルの配置を促進するため光学テーブルに垂直にマウントされている 18「× 24」ブレッド ボードに分光計を合わせて使用されます。<a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55527/55527fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。

<table><tbody><tr><td>プローブダイオードレーザーヘッドとコントローラー</td><td>Toptica Photonics</td><td>SYST DL-100-DFB</td><td>数量: 1</td></tr><tr><td>ポンプ増幅ダイオードレーザーとコントローラー</td><td>Toptica Photonics</td><td>SYST TA-pro-DFB</td><td>数量: 1</td></tr><tr><td>FC/APC ファイバードック</td><td>Toptica Photonics</td><td>FiberDock&nbsp;</td><td>数量:3</td></tr><tr><td>FC/APC繊維パッチコードを維持する高出力シングルモード偏光</td><td>Toptica Photonics</td><td>OE-000796</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>FC/APC繊維コリメーション、調整可能なコリメーション光学系</td><td>Toptica Photonics</td><td>FiberOut</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>FC/APCファイバー固定コリメータ</td><td>OZ光学系</td><td>HPUCO-33A-780-P-6.1-AS</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>シングルモード偏光維持ファイバスプリッタ 33:67</td><td>OZオプティクス</td><td>FOBS-12P-111-4 / 125-PPP-780-67 / 33-40-3A3A3A-3-1</td><td>数量:1</td></tr>シングル<tr><td>モード偏光維持ファイバースプリッター50:50</td><td>OZオプティクス</td><td>FOBS-12P-111-4 / 125-PPP-780-50 / 50-40-3S3A3A-3A-3-1</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>f = 25 mm、およびOslash;1/2 "アクロマティックダブレット、SM05-スレッドマウント、ARC:650-1050 nm</td><td>Thorlabs</td><td>AC127-025-B-ML</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>f = 30 mm、&Oslash;1インチアクロマティックダブレット、SM1スレッドマウント、ARC:650-1050 nm</td><td>Thorlabs</td><td>AC254-30-B-ML</td><td>数量:2</td></tr><tr><td>f = 50 mm、およびOslash;1インチアクロマティックダブレット、SM1-スレッドマウント、ARC:650-1050 nm</td><td>Thorlabs</td><td>AC254-50-B-ML</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>f = 100 mm、およびOslash;1インチアクロマティックダブレット、SM1-ネジマウント、ARC:650-1050 nm</td><td>Thorlabs</td><td> AC254-100-B-ML</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>f = 200 mm、&Oslash;1インチアクロマティックダブレット、SM1スレッドマウント、ARC:650-1050 nm</td><td>Thorlabs</td><td> AC254-200-B-ML</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>&Oslash;1/2 "広帯域誘電体ミラー、750-1100 nm</td><td>Thorlabs</td><td> BB05-E03</td><td>数量:4</td></tr><tr><td>&Oslash;1 "広帯域誘電体ミラー、750-1100 nm</td><td>Thorlabs</td><td> BB1-E03</td><td>数量:2</td></tr><tr><td>1 "偏光ビームスプリッターキューブ、780 nm</td><td>Thorlabs</td><td> PBS25-780</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>&Oslash;N-BK7保護窓、600-1100 nm</td><td>Thorlabs</td><td> LPNIRE100-B</td>付き1インチリニア偏光子 <td>数量:</td></tr><tr><td>1-3mmビーム径せん断プレート</td>付き1 せん断干渉計<td>Thorlabs</td><td>SI035</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>6軸ロック運動学的光学マウント</td><td>Thorlabs</td><td> K6XS</td><td>数量:4</td></tr><tr><td>コンパクト5軸プラットフォーム</td><td>Thorlabs</td><td> PY005</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>5軸プラットフォーム</td><td>Thorlabs</td>用台座取り付けアダプター <td> PY005A2</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>ポラリス低ドリフト&オスラッシュ;1/2 "キネマティックミラーマウント、3アジャ</td><td>スターThorlabs</td><td> POLARIS-K05</td><td>数量:</td></tr><tr><td>4 &Oslash用レンズマウント;1インチ光学</td><td>Thorlabs</td><td> LMR1</td><td>数量:</td></tr><tr><td>外部SM1スレッドと内部SM05スレッド、0.40インチ厚</td><td>Thorlabs</td><td> SM1A6T</td>付き5アダプター <td>数量:</td></tr><tr><td>1 &Oslash用回転マウント;1インチ光学系</td><td>Thorlabs</td><td> RSP1</td><td>数量:2</td></tr><tr><td>1インチ キネマティックプリズムマウント</td><td>Thorlabs</td><td> KM100PM</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>目盛り付きリング作動SM1アイリスダイアフラム</td><td>Thorlabs</td><td> SM1D12C</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>ポストマウントアイリスダイアフラム、&Oslash;12.0 mmの最大開口部</td><td>Thorlabs</td><td>ID12</td><td>数量:</td></tr><tr><td>2 1/2 "標準マイクロメーター付き翻訳ステージ</td><td>Thorlabs</td><td>MT1</td><td>数量:3</td></tr><tr><td>&Oslash;1 "台座の柱のポスト、8-32タップ、L = 1 "</td><td>Thorlabs</td><td>RS1P8E</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>&Oslash;1 "台座の柱のポスト、8-32タップ、L = 1.5 "</td><td>Thorlabs</td><td>RS1.5P8E</td><td>量:2</td></tr><tr><td>&Oslash;1 "台座の柱のポスト、8-32タップ、L = 2 "</td><td>Thorlabs</td><td>RS2P8E</td><td>量:4</td></tr><tr><td>&Oslash;1 "台座の柱のポスト、8-32タップ、L = 2.5 "</td><td>Thorlabs</td><td>RS2.5P8E</td><td>量:1</td></tr><tr><td>&Oslash;1 "台座の柱のポスト、8-32タップ、L = 3 "</td><td>Thorlabs</td><td>RS3P8E</td><td>数量:4</td></tr>ショート<tr><td>クランプフォーク</td><td>Thorlabs</td><td>CF125</td><td>数量:12</td></tr><tr><td>取り付けベース</td><td>Thorlabs</td><td>BA1S</td><td>数量:8</td></tr><tr><td>PM4クランプアーム付き大型Vクランプ、2.5 "ロング、インペリアル</td><td>Thorlabs</td><td>VC3C</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>&オスラッシュ;1/2 "ポストホルダー、バネ仕掛けの六角ロックつまみネジ、L = 1 "</td><td>Thorlabs</td><td>PH1</td><td>数量:2</td></tr><tr><td>&Oslash;1/2 "ポストホルダー、バネ仕掛け六角ロックつまみネジ、L = 1.5 "</td><td>Thorlabs</td><td>PH1.5</td><td>数量:2</td></tr><tr><td>&Oslash;1/2 "ポストホルダー、バネ仕掛け六角ロックつまみネジ、L = 2 "</td><td>Thorlabs</td><td>PH2</td><td>数量:6</td></tr><tr><td>&Oslash;1/2 "光学ポスト、SS、8-32止めネジ、1/4 "-20タップ、L = 1 "</td><td>Thorlabs</td><td>TR1</td><td>数量:2</td></tr><tr><td>&Oslash;1/2 "光学ポスト、SS、8-32止めネジ、1/4 "-20タップ、L = 1.5 "</td><td>Thorlabs</td><td>TR1.5</td><td>数量:2</td></tr><tr><td>&Oslash;1/2 "光学ポスト、SS、8-32止めネジ、1/4 "-20タップ、L = 2 "</td><td>Thorlabs</td><td>TR2</td><td>数量:6</td></tr>アルミ<tr><td>ブレッドボード18 "x 24" x 1/2 "、1/4 "-20タップ</td><td>Thorlabs</td><td>MB1824</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>12 "ブレッドボード用垂直ブラケット、1/4 "-20穴、1ピース</td><td>Thorlabs</td><td>VB01</td><td>数量:2</td></tr><tr><td>Siフォトダイオード、40 nsの立ち上がり時間、 400 - 1100 nm、10 mm x 10 mmアクティブエリア</td><td>Thorlabs</td><td> FDS1010</td><td>数量:1</td></tr>波長<tr><td>板、ゼロオーダー、1/4波780nm</td><td>タワーオプティクス</td><td>Z-17.5-A-.250-B-780</td><td>数量:2</td></tr>波長<tr><td>板、ゼロオーダー、1/2波 780nm</td><td>タワーオプティクス</td><td>Z-17.5-A-.500-B-780</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>ファイバー結合超高速光検出器</td><td>ニューポート</td><td>1434</td><td>数量:1</td></tr>ジン<tr><td>バル光学ミラーマウント</td><td>ニューポート</td><td>U100-G2H ULTIMA</td><td>数量:</td></tr><tr><td>3リニアステージ、移動範囲25mm、</td><td>ニューポート</td><td>&nbsp;M-423&nbsp;</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>ロック可能な差動マイクロメータ、25 mm粗い、0.2 mm細かい、11ポンド負荷</td><td>ニューポート</td><td>&nbsp;DM-25L</td><td>数量: 1</td></tr><tr><td>XYZモーターリニアステージ</td><td>Applied Scientific Instrumentation</td><td>LS-50</td><td>数量: 3</td></tr><tr><td>ステージコントローラー</td><td>Applied Scientific Instrumentation</td><td>MS-2000</td><td>数量: 1</td></tr><tr><td>サンプルホルダー</td><td>自家製</td><td>カスタム</td><td>数量:</td></tr><tr><td>1 ルビジウム85溶融シリカ分光セル、フラットARコーティング窓付き、長さ150 mm、直径25mm</td>の<td>フォトニクス技術</td><td>SC-RB85-25x150-Q-AR</td><td>数量: 1</td></tr><tr><td>熱伝導パッド 300 mm x 300 mm</td><td>BERGQUIST</td><td>Q3AC 300MMX300MM シート</td><td>数量: 1</td></tr><tr><td>ヒートテープ 0.15 mm x 2.5&nbsp; mm x 5 m, 4.29&nbsp;W / m</td><td>KANTHAL</td><td>8908271</td><td>数量:1</td></tr>ポリ<tr><td>テトラフルオロエチレンテープ1/2 '' x 12 m</td><td>テフロンテープ</td><td>RGD</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>反射ブラッグ格子バンドパスフィルタ</td><td>OptiGrate</td><td>SPC-780</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>高周波数のaousto光変調器</td><td>GoochとHousego</td><td>15210</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>Aousto光変調器RFドライバ、周波数:210 MHz&nbsp;</td><td>グーチとハウス</td><td>ゴーMHP210-1ADS2-A1</td><td>数量:1</td></tr>高<tr><td>周波数ロックインアンプ&nbsp;</td><td>スタンフォードリサーチシステム</td><td>SR844</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>周波数カウンタ</td><td>位相行列</td><td>EIP 578B</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>任意関数発生器</td><td>Tektronix</td><td>AFG2021</td><td>数量:2</td></tr><tr><td>データ収集(DAQ)モジュール</td><td>National Instruments</td><td>NI USB-6212 BNC</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>データ収集(DAQ)ソフトウェア&nbsp;</td><td>ナショナルインスツルメンツLabVIEW</td><td>2014</td><td>数量: 1</td></tr><tr><td>安定化DC電源&nbsp; デュアル0-30V 5A</td><td>MEILI</td><td>MCH-305D-ii</td><td>数量: 1</td></tr><tr><td>熱電対</td><td>MRC</td><td>TP-01</td><td>数量: 1</td></tr><tr><td>温度計</td><td>MRC</td><td>TM-5007</td><td>数量: 1</td></tr><tr><td>同軸ローパスフィルタ DC-1.9 MHz</td><td>ミニ回路</td><td>BLP-1.9+</td><td>数量: 1</td></tr><tr><td>20%脂質エマルジョン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>I141-100ml</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>ラウンド直径25 mmカバーガラス厚:1 #</td><td>Menzel Glaser</td><td>150285</td><td>数量:1</td></tr><tr><td>計算ソフトウェア&nbsp;</td><td>MathWorks</td><td>MATLAB 2015a (英語)</td><td></td></tr></tbody></table>

材料の分析のための高速連続誘導ブリルアン散乱分光器

High-speed Continuous-wave Stimulated Brillouin Scattering Spectrometer for Material Analysis

近年は、自発的なブリルアン分光計の水溶液など生体材料、高速集録回ソフトマターの非接触解析用の大幅な増加を目撃しています。ここでは、アセンブリを論じるし、ブリルアン分光計を使用しての操作と誘起誘導ブリルアン散乱 (SBS) 水と脂質エマルジョン系組織のようなサンプルの伝送モードで誘導ブリルアン利得 (SBG) スペクトルを測定する &lt; 10 MHzスペクトル分解能と &lt; 35 MHz におけるブリルアン シフト測定精度 &lt; 分光計約 780 で連続波 (CW) 狭線幅レーザを対向する 2 つの構成 100 さん nm スキャンはその周波数の離調、材料におけるブリルアン シフト。雑音の比を信号 SBG 信号の超狭帯域ホット ルビジウム 85 蒸気ノッチ フィルターと位相敏感検出器を使用して、強化に比べて既存 CW SBS 分光器で得られる。この改善により、これにより高速で柔らかい材料の高スペクトル分解能・高精度ブリルアン解析を促進する時間を 100 倍近く高速捕捉と SBG スペクトルの測定です。

図 2 bと3 bは、蒸留水とファントムのサンプル (2.25 散乱現象と 45 cm-1の減衰係数) 測定 10 ミリ秒、100 ミリ秒、それぞれ脂質エマルジョン組織の典型的なポイント SBG スペクトルを表示します。10 の SBG スペクトルを測定した比較のため図 2 aと3 aで示すように、s。10 〜4浮遊ポンプ反射を減衰し、送信するための 90 ° C に加熱したルビジウム 85 ガラスセルこれらの測定 &#62; プローブ光の 95%h11以上の安定維持されたレベル。また、空間分解能、ここで定義された SBS の半分まで横全角としてフォーカスから検出された強度は約 8 μ m10と推定されました。水の急速に得られたスペクトルから得られるブリルアン シフト平均と生体ファントムそれぞれ 5.08 GHz と、5.11...

急速な continuous-波動-刺激-ブリルアン散乱 (CW-SBS) 装置の建設について述べる。分光計は、単一周波数ダイオード レーザーを採用しています、高スペクトル分解で濁った/非混濁試料の透過スペクトルを取得する原子蒸気のノッチ フィルターの分光器 CW SBS 既存のものより速く 100 倍まで速度。この改善により、高速ブリルアン材料分析です。

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as ...

本実験の目標は、濁った試料と濁っていない試料の透過刺激ブリルアンスペクトルを高い分光分解能と速度で取得するための連続波刺激ブリルアン散乱分光器を構築・運用することです。この方法により、細胞や組織などの生体材料のメカニズムを調査するためのブリルアン分光法とイメージングの使用を進歩させることができます。この技術の主な利点は、濁った物質と濁っていない物質のブリルアンスペクトルを迅速に取得できることです。実験を開始するには、CW-SBS分光器のコンポーネントが光学基板にしっかりと取り付けられていることを確認してください。カスタムデータ集録ソフトウェアが、マイクロ波周波数カウンタ、ロックインアンプ、ポンプおよびプローブレーザーコントローラ、および関数発生器からデータを受信していることを確認します。次に、直径25mm、厚さ0.17mmのガラスカバースリップ2枚、厚さ500μmのポリテトラフルオロエチレンテープ2本でできたサンプルチャンバーを蒸留水で満たします。チャンバーホルダーを3軸電動トランスレーションステージに取り付けます。水サンプルをチャンバーホルダーに固定します。サンプルをプローブの共通の焦点に移動し、集光レンズをポンピングします。次に、ポンプレーザー出力が250ミリワットを超えるまで、テーパーアンプポンプレーザーコントローラーの電流ノブを調整します。ロックイン・アンプの時定数を 1 秒に、ローパス・フィルタを 24 デシベル/オクターブに、感度を 1 ミリボルト RMS に設定します。アンプのリファレンスと信号入力の間の位相シフトをゼロに設定します。チャネル 1 の浮遊ポンプ反射を監視しながら、観測された反射が最小になるまでポンプ レーザー電流をゆっくりと調整します。次に、ルビジウム蒸気セル加熱アセンブリの電源を17ボルトDCに設定します。ルビジウムセルが摂氏90度で安定したら、プローブレーザー集束レンズの前にパワーメーターを置きます。測定された電力が10ミリワットを超えるまで、プローブレーザー電流をゆっくりと調整します。次に、ルビジウムセルの後ろにパワーメーターを動かします。測定された電力が最小になるまで、プローブのレーザー温度を調整します。次に、測定された電力が10ミリワット以上で安定するまで、プローブレーザー電流を調整します。プローブレーザー電流を変更して、ポンプレーザーとプローブレーザーの間の周波数離調をサンプルのブリルアンシフトにほぼ設定します。ロックインアンプの感度を100マイクロボルトRMSに設定し、位相シフトをゼロに戻します。次に、ポンプビームフォールディングミラーキネマティックマウントのピッチネジとヨーネジを慎重に回し、ポンプ集束レンズをシステムの光軸に沿って移動させて、ポンプレーザーとプローブレーザーの交差効率を最適化します。プローブビームをブロックし、ロックインアンプのチャネル1を監視しながら、浮遊ポンプのレーザー反射のレベルに注意してください。チャンバーとサンプルからのポンプの漂遊反射を適切に除去することが重要です。必要に応じて、ルビジウムセルの前に配置された虹彩をわずかに閉じ、ポンプとプローブレーザーの間の交差角をわずかに大きくして、除去レベルを改善します。プローブビームのブロックを解除し、誘導されたブリルアンゲイン信号が最大で2マイクロボルトRMSを超え、浮遊ポンプ反射が一定最小になるまで、ポンプレーザーミラーと集光レンズの調整を続けます。サンプルに対してシステムが最適化されたら、プローブされた変調電流とポンププローブ周波数のデチューニングのプロットから検量線を作成します。ロックインアンプの時定数を100マイクロ秒以上に設定します。レーザーコントローラーの電流変調入力に接続されている関数発生器をチャンネル1に設定します。三角波を選択し、振幅を150ミリボルトのピークtoピーク電圧に設定し、周波数を50ヘルツに設定します。データ収集ユニットのサンプリングレートをチャネルあたり毎秒100、000サンプル以下に設定します。カスタム・データ・アクイジション・ソフトウェアを使用して、SBGとプローブ・レーザ変調電流信号を少なくとも10ミリ秒にわたって記録します。取得したデータを計算ソフトウェアにインポートします。検量線を使用して、測定されたプローブ レーザー変調電流値をポンプ プローブ周波数の離調値に変換します。平均ノイズフロアを差し引きます。SBG 測定値をポンプ プローブ周波数の離調値に対してプロットし、SBG スペクトルを生成します。振幅、周波数位置、およびスペクトルの最高点の半分の全幅を初期値として使用して、スペクトルをローレンツ曲線で近似します。ブリルアンシフトと線幅は、ローレンツ近似の最大値と半値での全幅の周波数位置からそれぞれ計算します。繰り返されるローレンツ近似スペクトルの値を使用して、対応するヒストグラムを生成します。蒸留水および脂質エマルジョン組織ファントムサンプルのSBGスペクトルは、この方法を使用して約8マイクロメートルの空間分解能で生成されました。水サンプルは10秒と10ミリ秒で取得され、脂質サンプルは10秒と100ミリ秒で取得されました。急速に取得したスペクトルから決定された平均ブリルアンシフトは、水で5.08ギガヘルツ、組織ファントムで5.11ギガヘルツでした。これらの値は、10 秒間にわたって記録されたスペクトルから計算された値および文献値と一致していました。各サンプルに対して200回の連続測定が行われ、推定されたブリルアンシフトの分布の標準偏差が評価されました。標準偏差は、水サンプルと組織サンプルでそれぞれ8.5メガヘルツと33メガヘルツでした。このビデオを見れば、刺激されたブリルアン散乱分光計を組み立てて操作し、誘導されたブリルアンの水や組織のようなサンプルのスペクトルを透過モードで迅速に測定する方法を十分に理解できるはずです。

high-speed-continuous-wave-stimulated-brillouin-scattering

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工学

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本記事では、ブリルアン顕微分光法を用いた3次元マトリックス内の生体球体の機械的特性評価プロトコルについて説明します。この全光学方式により、ミクロスケールの分解能と定量的な力学的特性を持つ球状体の可視化が可能となります。このアプローチは機械的な表現型付けにも影響を与えます。例えば、3次元微小環境内の腫瘍球体の病理状態の決定などです。...

ブリルアン分光法を用いた球体の機械的マッピング

私たちは、構造的に複雑な材料からの散乱光の方向に空間的な変化をサンプリングするための非破壊的手法を提案する。同時に高分解能イメージングの微細スケールの方向の貢献を取り込む際に材料をそのまま維持することによって、我々は、総規模散乱挙動を保つ。結果は、生体関連ポジションとスケールでソフトウェアで可視化する。...

生物材料からの空間的及び道順変化する光散乱の測定

学ぶ 高速連続誘導ブリルアン散乱分光器の構築と操作方法。単一周波数ダイオードレーザーと原子蒸気ノッチフィルターを用いて、従来比100倍の高速データ取得と高分解能を実現し、細胞や組織などのバイオマテリアルの力学解析を可能にする。

材料の分析のための高速連続誘導ブリルアン散乱分光器

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