Artykuł metodologiczny

Szybki spektrometr rozpraszania Brillouina stymulowany falami ciągłymi do analizy materiałów

DOI:

10.3791/55527

⸱

22 września 2017

 ,  , 
1Biomedical Engineering Department, Ben-Gurion University of the Negev, 2Ilse Katz Institute for Nanoscale Science and Technology, Ben-Gurion University of the Negev

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opisujemy konstrukcję spektrometru CW-SBS do szybkiego rozpraszania Brillouiny stymulowanego falami ciągłymi. Spektrometr wykorzystuje lasery diodowe o pojedynczej częstotliwości i atomowy filtr wycinający do pozyskiwania widm transmisyjnych mętnych/niemętnych próbek o wysokiej rozdzielczości spektralnej przy prędkościach do 100 razy większych niż w przypadku istniejących spektrometrów CW-SBS. To ulepszenie umożliwia szybką analizę materiału Brillouina.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ostatnie lata przyniosły znaczny wzrost wykorzystania spontanicznych spektrometrów Brillouina do bezkontaktowej analizy miękkiej materii, takiej jak roztwory wodne i biomateriały, z krótkim czasem akwizycji. W tym miejscu omawiamy montaż i działanie spektrometru Brillouina, który wykorzystuje wymuszone rozpraszanie Brillouina (SBS) do pomiaru widm wymuszonego przyrostu Brillouina (SBG) próbek tkankopodobnych na bazie emulsji wodnej i lipidowej w trybie transmisji z rozdzielczością spektralną <10 MHz i precyzją pomiaru przesunięcia Brillouina <35 MHz przy <100 ms. Spektrometr składa się z dwóch prawie przeciwbieżnie rozchodzących się laserów o wąskiej szerokości linii fali ciągłej (CW) o długości fali 780 nm, których odstrojenie częstotliwości jest skanowane przez materiał przesunięcia Brillouina. Dzięki zastosowaniu ultrawąskopasmowego filtra parowego z gorącym rubidem-85 i detektora czułego na fazę, stosunek sygnału do szumu sygnału SBG jest znacznie zwiększony w porównaniu z istniejącymi spektrometrami CW-SBS. To ulepszenie umożliwia pomiar widm SBG z nawet 100-krotnie szybszym czasem akwizycji, ułatwiając w ten sposób wysoką rozdzielczość spektralną i precyzyjną analizę Brillouina miękkich materiałów z dużą prędkością.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Spontaniczna spektroskopia Brillouina została uznana w ostatnich latach za cenne podejście do mechanicznej analizy miękkich materiałów, takich jak ciecze, prawdziwe tkanki, fantomy tkanek i komórki biologiczne1,2,3,4,5,6,7. W tym podejściu pojedynczy laser oświetla próbkę, a światło, które jest nieelastycznie rozproszone od spontanicznych termicznych fal akustycznych w ośrodku, jest zbierane przez spektrometr, dostarczając użytecznych informacji na temat właściwości lepkosprężystych próbki. Spontaniczne widmo Brillouina obejmuje dwa piki Brillouina w akustycznych rezonansach Stokesa i anty-Stokesa materiału oraz pik Rayleigha przy częstotliwości lasera oświetlającego (ze względu na elastycznie rozproszone światło). W przypadku geometrii rozpraszania wstecznego Brillouina częstotliwości Brillouina są przesunięte o kilka GHz w stosunku do częstotliwości lasera oświetlającego i mają szerokość widmową setki MHz.

Podczas gdy skanowanie spektrometrów Fabry'ego-Perota było systemem wyboru do pozyskiwania spontanicznych widm Brillouina w miękkiej materii1,2, ostatnie osiągnięcia technologiczne w wirtualnie obrazowanych spektrometrach z matrycą fazową (VIPA) umożliwiły znacznie szybsze (sub-sekundowe) pomiary Brillouina z odpowiednią rozdzielczością spektralną (sub-GHz)3,4,5,6,7. W tym protokole przedstawiamy konstrukcję innego, szybkiego, o wysokiej rozdzielczości spektralnej, dokładnego spektrometru Brillouina opartego na detekcji światła CW-SBS (ang. continuous-wave-stimulated-Brillouin-scattering) z próbek niemętnych i mętnych w geometrii prawie rozpraszania wstecznego.

W spektroskopii CW-SBS, lasery pompujące i sondujące o fali ciągłej (CW), lekko rozstrojone pod względem częstotliwości, nakładają się na siebie w próbce, aby stymulować fale akustyczne. Gdy różnica częstotliwości między wiązką pompy i sondy odpowiada określonemu rezonansowi akustycznemu materiału, wzmocnienie lub osłabienie sygnału sondy jest zapewnione odpowiednio przez stymulowane procesy wzmocnienia lub utraty Brillouina (SBG/SBL); w przeciwnym razie nie występuje (de)amplifikacja SBS8,9,10,11. W ten sposób widmo SBG (SBL) można uzyskać, skanując różnicę częstotliwości między laserami w materiale rezonansów Brillouina i wykrywając wzrost (spadek) lub wzmocnienie (utratę) intensywności sondy spowodowane SBS. W przeciwieństwie do spontanicznego rozpraszania Brillouina, elastyczne tło rozpraszające jest z natury nieobecne w SBS, umożliwiając doskonały kontrast Brillouina zarówno w mętnych, jak i niemętnych próbkach bez potrzeby stosowania filtrów odrzucających Rayleigha, jak to jest wymagane w spektrometrach VIPA10,11,13.

Głównymi elementami składowymi spektrometru CW-SBS są lasery pompy i sondy oraz stymulowany detektor wzmocnienia/straty Brillouina. W przypadku szybkiej spektroskopii CW-SBS o wysokiej rozdzielczości spektralnej, lasery muszą być jednoczęstotliwościowe (< 10 MHz szerokości linii) z wystarczająco szeroką możliwością przestrajania długości fali (20 - 30 GHz) i szybkością skanowania (> 200 GHz/s), długoterminową stabilnością częstotliwości (<50 MHz/h) i niskim natężeniem szumów. Ponadto dla wiązki pompy (sondy) wymagane są wiązki laserowe spolaryzowane liniowo i ograniczone dyfrakcją o mocy kilkuset (kilkudziesięciu) mW na próbce. Wreszcie, stymulowany detektor wzmocnienia/utraty Brillouina powinien być zaprojektowany tak, aby niezawodnie wykrywać słabe poziomy wzmocnienia/straty Brillouina stymulowane wstecznie (SBG/SBL) (10-5 - 10-6) w miękkiej masie. Aby sprostać tym potrzebom, wybraliśmy lasery diodowe z rozproszonym sprzężeniem zwrotnym (DFB) sprzężone ze światłowodami utrzymującymi polaryzację wraz ze stymulowanym detektorem wzmocnienia/straty Brillouina łączącym ultrawąskopasmowy filtr węglowy z wycięciem oparowym i wzmacniaczem blokującym jednomodulację o wysokiej częstotliwości, jak pokazano na rysunku 1. Ten schemat detekcji podwaja intensywność sygnału SBG, jednocześnie znacznie redukując szum w intensywności sondy, gdzie osadzony jest żądany sygnał SBG11. Należy zauważyć, że rolą filtra wycinającego opary atomowe stosowanego w naszym spektrometrze SBS jest znaczne zmniejszenie wykrywania niepożądanych odbić od pompy rozproszonej, a nie zmniejszenie elastycznego rozpraszania tła, jak w spektrometrach VIPA, które wykrywają zarówno spontaniczne światło rozproszone Rayleigha, jak i Brillouina. Korzystając z protokołu opisanego poniżej, spektrometr CW-SBS może być skonstruowany z możliwością pozyskiwania widm transmisyjnych fantomów wody i tkanek o poziomach SBG tak niskich, jak 10-6 przy dokładności pomiaru przesunięcia Brillouina <35 MHz i w granicach 100 ms lub mniej.

Schemat konfiguracji wzbudzenia optycznego; System spektroskopii pompa-sonda z SBS i ścieżką lasera.
Rysunek 1: Spektrometr rozpraszania Brillouina stymulowanego falami ciągłymi (CW-SBS). Dwa lasery diodowe z pompą i sondą o fali ciągłej (DL), o częstotliwości rozstrojonej wokół przesunięcia Brillouina próbki, są sprzężone w światłowody jednomodowe utrzymujące polaryzację z kolimatorami C1 i C2 odpowiednio. Różnica częstotliwości pompa-sonda jest mierzona poprzez wykrywanie częstotliwości dudnień między wiązkami oderwanymi od laserów pompy i sondy za pomocą zestawu rozdzielaczy światłowodowych (FS), szybkiego fotodetektora (FPD) i licznika częstotliwości (FC). Wiązka sondy spolaryzowana w kształcie litery S (jasnoczerwona), rozszerzona za pomocą ekspandera wiązki keplerowskiej (L1 i L2), jest spolaryzowana prawostronnie kołowo przez płytkę ćwierćfalową (λ1/4) i skupiona na próbce (S) przez soczewkę achromatyczną (L3). W celu zapewnienia efektywnej interakcji SBS i izolacji optycznej, wiązka pompy (głęboka czerwień), rozszerzona za pomocą ekspandera wiązki keplerowskiej (L5 i L6), jest najpierw spolaryzowana P za pomocą płytki półfalowej λ2/4), następnie przesyłana przez rozdzielacz wiązki polaryzacyjnej (PBS), a na końcu pozostawiana jest spolaryzowana kołowo przez płytkę ćwierćfalową (λ2/4) i skupiana na próbce za pomocą soczewki achromatycznej (L4; tak samo jak L3). Należy zauważyć, że wiązki pompy i sondy prawie przeciwbieżnie rozchodzą się w próbce i że polaryzator zorientowany w kształcie litery S (P) został użyty, aby zapobiec przedostawaniu się wiązki pompy o polaryzacji P (wychodzącej z λ1/4) do lasera sondy. W celu wykrycia blokady, wiązka pompy jest modulowana sinusoidalnie w zakresie f m za pomocą modulatora akustyczno-optycznego (AOM). Sygnał SBG, objawiający się zmianami intensywności przy częstotliwości fm (patrz wstawka), jest demodulowany za pomocą wzmacniacza blokującego (LIA) po wykryciu przez fotodiodę o dużej powierzchni (PD). W celu znacznego wyeliminowania rozproszonych odbić pompy w fotodiodzie, stosuje się wąskopasmowy filtr Bragga (BF) i filtr wycinający atomowy (85RB) wokół długości fali pompy wraz z blokującą światło tęczówką (I). Dane są rejestrowane przez kartę akwizycji danych (DAQ) podłączoną do komputera osobistego (PC) w celu dalszej analizy widma Brillouina. Wszystkie składane zwierciadła (M1-M 6) służą do montażu spektrometru na płytce stykowej 18'''×24'', która jest zamontowana pionowo na stole optycznym w celu ułatwienia umieszczania próbek wodnistych. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Uwaga: O ile nie zaznaczono inaczej, (i) podłącz wszystkie mocowania do uchwytów słupków i dokręć podstawy słupków za pomocą widelca zaciskowego lub podstawy montażowej do stołu optycznego, oraz (ii) użyj mocy wyjściowej lasera 2 - 10 mW do wszystkich procedur wyrównywania.

Uwaga: Włącz wszystkie urządzenia elektryczne/optoelektroniczne w konfiguracji i odczekaj 30 minut czasu na rozgrzanie przed użyciem.

1. Przygotuj ścieżkę optyczną wiązki sondy

  1. Zamontuj i wyrównaj kolimator światłowodowy lasera sondy.
    1. Podłącz światłowód wejściowy rozdzielacza światłowodowego 33:67 FC/APC utrzymującego polaryzację (port T FS1) do łącznika światłowodowego lasera sondy. Podłącz światłowód o mocy wyjściowej 67% rozdzielacza światłowodowego (port 1 FS1) do kolimatora światłowodowego (C1). Przymocuj kolimator światłowodowy do 6-osiowego uchwytu kinematycznego (Øx, Øy, Øz, x, y, z). Umieść miernik mocy za kolimatorem światłowodowym i zmaksymalizuj moc lasera, regulując x, y i z łącznika światłowodu laserowego.
    2. Obróć kolimator światłowodowy (lub element optyczny, który ma być wyrównany), aby dostosować polaryzację lasera do kierunku polaryzacji S, który tutaj jest prostopadły do płaszczyzny stołu optycznego. Upewnij się, że wiązka laserowa jest spolaryzowana w kształcie litery S, mierząc minimalną (maksymalną) transmisję laserową (odbicie) przez pomocniczy rozdzielacz wiązki polaryzacyjnej z miernikiem mocy.
    3. Zamontuj dwie pomocnicze przysłony wyrównujące na identycznej wysokości od stołu optycznego (3 '' w tej konfiguracji). W przypadku rozchodzenia się wiązki wzdłuż osi optycznej układu i równolegle do stołu optycznego, wysokość ta powinna być utrzymywana na stałym poziomie podczas ustawiania całego układu. Umieść jedną tęczówkę w otworze montażowym stołu za kolimatorem światłowodowym (lub elementem optycznym, który ma być wyrównany) w odległości <50 mm. Umieść drugą tęczówkę w otworze montażowym stołu współliniowego wystarczająco daleko od pierwszej przysłony (>300 mm).
    4. Ustaw wiązkę wyjściową kolimatora światłowodowego (lub elementu optycznego, który ma być wyrównany) wzdłuż osi optycznej systemu, regulując x, y, Øx i Øy mocowania kinematycznego, aż wiązka laserowa będzie koncentryczna do środka obu tęczówek.
  2. Skonfiguruj ekspander wiązki Keplera.
    1. Zamontuj obiektyw (L1, f1 = 25 mm) w stałym uchwycie optycznym.
    2. Zamontować dwie pomocnicze przysłony wyrównujące, postępując zgodnie z procedurą opisaną w ppkt 1.1.3. Dokładnie wyreguluj położenie boczne i kąt nachylenia soczewki tak, aby transmitowana wiązka była koncentryczna do środka obu tęczówek.
    3. Zamontuj drugi obiektyw (L2, f2 = 50 mm) w stałym uchwycie optycznym. Przymocuj podstawę słupka montażowego do liniowego stolika translacyjnego wyrównanego z osią optyczną systemu. Umieść stolik w taki sposób, aby obiektyw znajdował się w odległości f1+f2 od pierwszego obiektywu. Ustawić obiektyw zgodnie z opisem w 1.2.2.
    4. Umieść interferometr ścinający za drugą soczewką, aby potwierdzić, że wiązka jest skolimowana. Przesunąć drugą soczewkę wzdłuż osi optycznej systemu, aż wytworzone prążki interferencyjne będą równoległe do linii odniesienia wyznaczonej na płycie dyfuzora interferometru ścinającego.
  3. Złóż belkę wyjściową ekspandera wiązki.
    1. Zamontuj lusterko (M1) w uchwycie kinematycznym z regulacją skoku (Øx) i odchylenia (Øy). Ustawić zwierciadło tak, aby znajdowało się pod kątem 45o w stosunku do osi optycznej wzdłuż elementów C1-L 1-L 2.
    2. Zamontować dwie pomocnicze przysłony wyrównujące, postępując zgodnie z procedurą opisaną w ppkt 1.1.3. Wyreguluj Øx i Øy mocowania lusterka, aż odbita wiązka będzie koncentryczna do środka obu tęczówek, które definiują oś optyczną systemu.
  4. Skonfiguruj przykładowy układ optyczny oświetlenia.
    1. Zamontować płytkę ćwierćfalową czwartego rzędu zerowego rzędu (λ1/4) w 6-osiowym uchwycie kinematycznym (Øx, Øy, Øz, x, y, z) w odległości około 150 mm od składanego lusterka (M1), pozostawiając wystarczającą ilość miejsca na umieszczenie polaryzatora (P) przed płytą falową, jak opisano w ppkt 2.7. Obróć płytkę falową o 45o względem jej szybkiej osi, aby uzyskać stan polaryzacji kołowej.
    2. Zamontuj soczewkę skupiającą (L3, f3 = 30 mm) w tym samym mocowaniu kinematycznym płyty falowej. Wyrównać wiązkę przechodzącą przez soczewkę, postępując zgodnie z procedurą opisaną w ppkt 1.1.3-4.
  5. Ustaw optykę pobierania próbki.
    1. Zamontuj 6-osiowe mocowanie kinematyczne (Øx, Øy, Øz, x, y, z) na różnicowym liniowym stoliku translacyjnym w odległości około 60 mm od soczewki skupiającej (L3). Zamontuj płytkę ćwierćfalową czwartego rzędu zerowego rzędu (λ2/4) w uchwycie kinematycznym. Obrócić płytkę falową o 45o w stosunku do jej szybkiej osi i upewnić się, że wiązka laserowa jest spolaryzowana S, postępując zgodnie z procedurą opisaną w ppkt 1.1.2.
    2. Zamontuj soczewkę zbiorczą (L4, f4 = 30 mm) w tym samym mocowaniu kinematycznym płyty falowej. Wyrównać wiązkę przechodzącą przez soczewkę, postępując zgodnie z procedurą opisaną w ppkt 1.1.3-4. Upewnić się, że wiązka jest skolimowana zgodnie z opisem w ppkt 1.2.4.
    3. Zamontuj polaryzacyjny sześcian rozdzielacza wiązki (PBS) na uchwycie kinematycznym z regulacją skoku (Øx) i odchylenia (Øy) i umieść go za płytą falową (jak pokazano na rysunku 1). Zamontować dwie pomocnicze przysłony wyrównujące, postępując zgodnie z procedurą opisaną w ppkt 1.1.3. Wyreguluj Øx i Øy mocowania rozdzielacza wiązki, aż odbita wiązka będzie koncentryczna do środka obu tęczówek, które definiują oś optyczną systemu.

2. Przygotuj ścieżkę optyczną wiązki pompy

  1. Zamontuj i wyrównaj kolimator światłowodowy lasera pompującego.
    1. Podłącz włókno amplifikowanego portu lasera pompy do kolimatora światłowodowego (C2). Zamontuj i wyrównaj kolimator światłowodowy lasera pompującego zgodnie z opisem w 1.1.3 - 4.
  2. Dostosuj długość fali pompy do linii absorpcyjnej rubiduim-85 D2Fg = 3.
    1. Umieść ogniwo parowe rubidu-85 za kolimatorem światłowodowym lasera pompującego (C2).
    2. Umieść pomocniczy fotodetektor za ogniwem parowym, aby zmierzyć transmisję wiązki pompy przez ogniwo. Podłącz fotodetektor do oscyloskopu. Naciśnij przycisk "Autoset" na oscyloskopie, aby automatycznie ustawić amplitudę i ślad czasowy sygnału odczytu z fotodetektora.
    3. Ustawić zgrubnie długość fali lasera na linię absorpcyjną rubidu D2, 780.24 nm, przekręcając pokrętło temperatury na sterowniku laserowym do poziomu, w którym minimalna transmisja światła przez ogniwo rubidowe jest mierzona przez pomocniczy fotodetektor (patrz krok 2.2.2). Ustaw temperaturę lasera na zidentyfikowany poziom.
    4. Podłączyć wyjście generatora funkcyjnego do wejścia modulacji prądu sterownika lasera pompy.
    5. Zastosuj falę trójkątną z generatora funkcyjnego do wejścia modulacji prądu sterownika lasera, aby powoli skanować długość fali lasera w zakresie 60 pm (30 GHz). W tym celu należy nacisnąć przycisk "Wybór kanału" na generatorze funkcji i wybrać kanał 1. Następnie naciśnij przycisk "Rampa", a następnie przycisk "Ciągły", aby ustawić kanał tak, aby wytworzył przebieg trójkątny. Naciśnij przycisk skrótu "Amplituda", aby ustawić amplitudę fali na 2.25 Vpp (napięcie międzyszczytowe) i przycisk skrótu "Częstotliwość/okres", aby ustawić częstotliwość fali na 5 mHz. Na koniec naciśnij przycisk "On", aby włączyć kanał generatora funkcji.
    6. Określić tak dokładnie, jak to możliwe, poziom prądu, który doprowadza długość fali pompy do linii absorpcyjnej rubidu-85 D2Fg = 3, mierząc minimalną transmisję światła przez ogniwo rubidowe za pomocą pomocniczego fotodetektora (patrz krok 2.2.2). Ustaw prąd lasera na zidentyfikowany poziom, obracając pokrętło prądu na sterowniku lasera. Usuń ogniwo rubidowe i pomocniczy fotodetektor. Na koniec odłącz generator funkcyjny od wejścia modulacji prądu sterownika lasera.
  3. Zamontuj i wyrównaj filtr czyszczący linii laserowej.
    1. Umieść filtr czyszczący linii laserowej (odbijający filtr Bragga; BF) w uchwycie kinematycznym z regulacją skoku (Øx) i odchylenia (Øy) w odległości 250 mm od kolimatora światłowodowego (C2).
    2. Umieść miernik mocy w transmisyjnej (odbiciowej) ścieżce optycznej filtra i zminimalizuj (zmaksymalizuj) moc wiązki, obracając filtr w osi skoku, aby dopasować go do kąta wejściowego Bragga (8o w tej konfiguracji). Dokładnie wyreguluj Øx i Øy mocowania kinematycznego, aby zoptymalizować wyrównanie.
    3. Złóż wiązkę odbitą od filtra z powrotem w kierunku równoległym do kierunku wiązki na wejściu filtra za pomocą dwóch luster (M2, M3) zamontowanych na mocowaniach kinematycznych z regulacją nachylenia i odchylenia.
    4. Zamontować dwie pomocnicze przysłony wyrównujące, postępując zgodnie z procedurą opisaną w ppkt 1.1.3. Wyreguluj Øx i Øy obu mocowań lusterka, aż wiązka odbita od drugiego lustra będzie koncentryczna do środka obu tęczówek, które definiują oś optyczną systemu.
  4. Zamontuj i wyrównaj modulator akustyczno-optyczny.
    1. Zamontuj i ustaw soczewkę (L5, f5 = 100 mm) tak, aby skupić wiązkę pompy na modulatorze akustyczno-optycznym (AOM), jak opisano w ppkt 1.2.2. Po wymianie soczewek delikatnie wyjmij obiektyw L5 z mocowania przed założeniem AOM, aby uniknąć uszkodzenia AOM.
    2. Zamontuj AOM na platformie 5-osiowej (Øx, Øy, x, y, z) w odległości około 100 mm od soczewki skupiającej (L5). Upewnij się, że wiązka pompy rozchodząca się przez okno wejściowe modulatora jest spolaryzowana w kształcie litery S (patrz 2.1.2), aby zoptymalizować wydajność modulatora.
    3. Podłącz wyjście RF sterownika modulatora do wejścia RF modulatora za pomocą koncentrycznego 50-Ω. Włącz sterownik i naciśnij przycisk "Mode" na sterowniku, aby modulator akustyczno-optyczny działał w trybie fali ciągłej.
    4. Umieść miernik mocy za wyjściem modulatora, aby zmierzyć moc tylko wiązki dyfrakcyjnej pierwszego rzędu. Dostosuj kąt Bragga modulatora, aby zmaksymalizować moc wiązki dyfrakcyjnej pierwszego rzędu, obracając modulator w osi skoku (Øx).
    5. Zmień dokładnie położenie soczewki skupiającej (L5) w jej mocowaniu, aby skupić wiązkę pompy w modulatorze i osiągnąć żądany szybki czas narastania/opadania (10 ns dla ostrości wiązki o średnicy ~50 μm w tej konfiguracji). Wyreguluj x, y, z, Øx i Øy platformy montażowej modulatora, aby zmaksymalizować moc wiązki dyfrakcyjnej pierwszego rzędu.
    6. Złożyć wiązkę na wyjściu modulatora w kierunku równoległym do kierunku wiązki na wejściu modulatora za pomocą dwóch luster (M4, M5) zamontowanych na mocowaniach kinematycznych z regulacją skoku (Øx) i odchylenia (Øy), jak opisano w ppkt 2.3.3-4.
    7. Zamontuj i ustaw drugą soczewkę (L6, f6 = 200 mm) w odległości f5+f6 od soczewki skupiającej na wejściu modulatora, aby skolimować modulowaną wiązkę pompy, jak opisano w 1.2.3-4. Soczewka ta wraz z soczewką skupiającą na wejściu modulatora tworzy ekspander wiązki keplerowskiej dla wiązki pompy, dopasowując średnicę wiązki pompy i sondy przed ustawieniem ostrości na próbce (S).
  5. Ustawić optykę polaryzacyjną P pompy. Zamontuj płytę półfalową o zerowym rzędzie (λ/2) w uchwycie obrotowym. Umieść płytkę falową za drugą soczewką ekspandera wiązki keplerowskiej wiązki pompy (L6). Obróć płytkę falową, aby dostosować wiązkę do kierunku polaryzacji P, który tutaj jest równoległy do płaszczyzny stołu optycznego. Upewnij się, że wiązka laserowa jest spolaryzowana w kształcie litery P, mierząc maksymalną (minimalną) transmisję laserową (odbicie) przez pomocniczy rozdzielacz wiązki polaryzacyjnej z miernikiem mocy.
  6. Złóż i przesuń na boki wiązkę na wyjściu płyty falowej.
    1. Zamontować zwierciadło (M6) w uchwycie kinematycznym z regulacją skoku (Øx) i odchylenia (Øy) w odległości 50 mm od płyty półfalowej (λ/2). Przymocuj podstawę słupka mocowania kinematycznego do liniowego stolika translacyjnego ustawionego do osi optycznej systemu. Ustawić zwierciadło tak, aby znajdowało się pod kątem 45° w stosunku do osi optycznej wzdłuż elementów λ/2-PBS.
    2. Wyrównaj wiązkę odbitą od lustra i rozdzielacza wiązki polaryzacyjnej zgodnie z opisem w 1.3.1-2. Upewnij się, że wiązka pompy przesyłana przez rozdzielacz wiązki polaryzacyjnej jest współliniowa ze ścieżką optyczną wiązki sondy za pomocą laserowej karty viewkarty.
    3. Przesunąć zwierciadło o 3 mm w kierunku prostopadłym do osi optycznej soczewek skupiających sondę pompującą (L4 - L3), aby uzyskać pozaosiowe oświetlenie pompy próbki (S), które minimalizuje odbicia od pompy błądzącej.
  7. Ustaw optykę blokującą pompę w torze optycznym sondy. Zamontuj polaryzator liniowy (P) w uchwycie obrotowym. Umieść polaryzator między składanym zwierciadłem (M1) a pierwszą płytką falową (λ1/4) w ścieżce optycznej sondy, w odległości około 75 mm od każdego z tych elementów. Obróć polaryzator, aby zminimalizować (zmaksymalizować) transmisję wiązki pompy (sondy).

3. Przygotuj schemat wykrywania rozstrojenia częstotliwości laserów pompy i sondy

  1. Skonfiguruj światłowód dla sondy i laserów pompujących.
    1. Podłącz światłowód wejściowy rozdzielacza światłowodowego 50:50 FC/APC utrzymującego polaryzację (port 1 FS2) do łącznika światłowodowego nieamplifikowanego portu lasera pompy. Podłącz światłowód wyjściowy 33% rozdzielacza światłowodowego sondy (port 2 FS1) do 50% światłowodu wejściowego rozdzielacza światłowodowego pompy (port 2 FS2) za pomocą tulei współpracującej.
    2. Zmierz moc optyczną na światłowodzie wyjściowym rozdzielacza światłowodowego z pompą 50:50 (port T FS2) za pomocą miernika mocy i upewnij się, że całkowita moc optyczna wynosi <10 mW, aby zapobiec nasyceniu fotodetektora sprzężonego ze światłowodem (FPD). Podłącz światłowód wyjściowy rozdzielacza światłowodowego pompy 50:50 (port T FS2) do wejścia szybkiego fotodetektora sprzężonego ze światłowodami.
  2. Podłącz złącze męskie K szybkiego fotodetektora bezpośrednio do złącza żeńskiego K pasma GHz licznika częstotliwości mikrofalowej (FC).

4. Konfiguracja stymulowanego detektora wzmocnienia/straty Brillouin

  1. Przygotuj komórkę parową rubidu-85.
    1. Owiń całe ogniwo podkładką przewodzącą ciepło. Owiń taśmę grzewczą wokół krawędzi ogniwa. Umieść termoparę na środku ogniwa, aby monitorować temperaturę ogrzewania. Upewnij się, że termopara nie dotyka taśmy grzewczej. Podłącz termoparę do termometru, aby odczytać temperaturę ogniwa.
    2. Owiń całe ogniwo taśmą politetrafluoroetylenową, aby utrzymać taśmę grzewczą i termoparę na swoich miejscach i termicznie odizolować ogniwo od otoczenia. Pozostaw koniec taśmy grzewczej bez przeszkód na obu krawędziach. Podłącz dwa przewody taśmy grzewczej do zasilacza prądu stałego 0-30 V, 5 A.
    3. Zamontuj ogniwo w odbiciowej ścieżce optycznej rozdzielacza wiązki polaryzacyjnej (PBS). Upewnij się, że wiązka sondy uderza w środek ogniwa.
    4. Zamontuj tęczówkę (I) przed komórką. Otwórz przysłonę, aby wiązka sondy mogła całkowicie przez nią przejść. Ta tęczówka pomaga w minimalizowaniu odbić od zabłąkanej pompy.
  2. Skonfiguruj fotodetektor.
    1. Umieść fotodetektor (PD) za ogniwem rubidowym. Fotodetektor, umieszczony w aluminiowej skrzynce, składa się z fotodiody o dużej powierzchni i domowego filtra dolnoprzepustowego RC (R = 1 kΩ, C = 0,1 μF), który redukuje szumy napięcia polaryzacji wstecznej. Upewnij się, że wiązka sondy uderza w środek fotodiody za pomocą laserowej karty viewkarta.
    2. Podłącz zacisk katody fotodiody do zasilacza prądu stałego 0-30 V, 5 A za pomocą koncentrycznego 50 Ω. Zastosuj odwrotne odchylenie 25 V, obracając pokrętło napięcia na zasilaczu, tak aby fotodioda pracowała w trybie fotoprzewodzącym do wykrywania wysokich częstotliwości.
  3. Skonfiguruj wzmacniacz lock-in.
    1. Podłącz fotodetektor do koncentrycznego filtra dolnoprzepustowego (LPF) 50 Ω o szerokości pasma 1,9 MHz za pomocą koncentrycznego 50 Ω. Podłącz wyjście koncentrycznego LPF bezpośrednio do wejścia sygnału lock-in amplifier (LIA). Naciśnij przycisk "Sig-Z In" na lock-in amplifier, aby ustawić impedancję wejściową sygnału lock-in amplifier na 50Ω.
    2. Podłącz kanał 1 generatora funkcyjnego do wejścia odniesienia wzmacniacza lock-in za pomocą koncentrycznego 50 Ω. Naciśnij przycisk "Wybór kanału" na generatorze funkcji i wybierz kanał 1. Następnie naciśnij przycisk "Sinus", a następnie przycisk "Ciągły", aby ustawić kanał tak, aby wytwarzał przebieg sinusoidalny. Naciśnij przycisk skrótu "Amplituda", aby ustawić amplitudę fali na 0.7 Vpp i przycisk skrótu "Częstotliwość/Okres", aby ustawić częstotliwość fali na fm = 1.1 MHz.
    3. Podłączyć kanał 2 generatora funkcyjnego do zewnętrznego wejścia analogowego sterownika modulatora akustyczno-optycznego za pomocą koncentrycznego o długości 50 Ω. Postępuj zgodnie z procedurą opisaną w 4.3.2, aby ustawić przebieg sinusoidalny 1 Vpp, fm = 1,1 MHz na kanale 2.
    4. Naciśnij przycisk "On" na generatorze funkcyjnym, aby włączyć kanały 1 i 2 i zablokować ich stosunek faz, naciskając przycisk ramki "Align Phase" na generatorze funkcyjnym.
    5. Przełącz przycisk "Mode" na sterowniku modulatora akustyczno-optycznego w stan "Normalny". Wiązka pompy jest teraz modulowana optycznie na poziomie fm=1,1 MHz.

5. Końcowe przygotowanie systemu i optymalizacja wydajności

  1. Skonfiguruj jednostkę akwizycji danych.
    1. Podłącz wyjście analogowe licznika częstotliwości mikrofalowej (FC) do jednego wejścia analogowego jednostki akwizycji danych (DAQ) za pomocą koncentrycznego. Naciśnij przyciski "DAC", "1" i "0" na liczniku częstotliwości, aby ustawić dokładność odczytu częstotliwości na 10 MHz. Kanał ten monitoruje odstrojenie częstotliwości pompa-sonda.
    2. Podłącz wyjście "X" wzmacniacza lock-in (LIA) do drugiego wejścia analogowego jednostki akwizycji danych za pomocą koncentrycznego. Naciśnij przycisk "Wyjście" kanału "X" na lock-in amplifier, aby aktywować kanał. Użyj tego kanału, aby monitorować poziom wymuszonego wzmocnienia Brillouina (SBG).
    3. Podziel kanał wyjściowy generatora funkcyjnego na dwa oddzielne kanały za pomocą złącza BNC-tee. Podłącz jeden kanał do wejścia modulacji prądu sterownika laserowego sondy, a drugi kanał do trzeciego wejścia analogowego jednostki akwizycji danych za pomocą koncentrycznych. Użyj tego drugiego kanału, aby uzyskać sygnał modulacji prądu lasera sondy.
    4. Podłącz wyjście USB modułu akwizycji danych do komputera. Napisz program w pakiecie oprogramowania do akwizycji danych, aby wizualizować i rejestrować wyżej opisane sygnały z jednostki akwizycji danych14.
  2. Zamontuj próbkę wody w komorze pomiarowej.
    1. Napełnij domową szklaną komorę o grubości 500 μm wodą destylowaną. Komora składa się z dwóch okrągłych szkiełek nakrywkowych o średnicy 25 mm i grubości 0,17 mm, rozmieszczonych w taśmie politetrafluoroetylenowej o grubości 500 μm.
    2. Zamontuj uchwyt komory na 3-osiowym zmotoryzowanym stoliku translacyjnym. Umieść komorę pomiarową w uchwycie i przełóż ją na wspólny punkt ostrości sondy i soczewek skupiających pompę (odpowiednio L3 i L4) za pomocą zmotoryzowanego stolika.
  3. Podgrzej komórkę rubidu.
    1. Nosić okulary ochronne do lasera 780 nm. Zwiększ moc lasera pompującego, aby uzyskać >250 mW na próbce, obracając pokrętło prądu na sterowniku wzmacniacza stożkowego i mierząc moc tuż przed próbką za pomocą miernika mocy.
    2. Ustaw stałą czasową lock-in amplifier (LIA) na 1 s, naciskając przyciski "Settle Up/Down" na lock-in amplifier. Ustaw filtr dolnoprzepustowy lock-in amplifier na 24 dB/okt, naciskając przyciski "Nachylenie filtra w górę/w dół". Ustaw blokadę amplifier czułość na 1 mVrms, naciskając przyciski "Sens Góra/Dół". Użyj funkcji wyrównania fazy wzmacniacza lock-in, aby wyregulować przesunięcie fazowe między wejściami odniesienia i sygnału amplifier do zera, naciskając przyciski "Shift" i "Faza".
    3. Monitoruj odbicia zabłąkanej pompy, obserwując odczyty na kanale "X" wzmacniacza lock-in.
    4. Ponownie dostrój długość fali pompy do linii absorpcyjnej rubiduim-85 D2 F g = 3, delikatnie obracając pokrętło prądu na sterowniku laserowym, aby uzyskać minimalny odczyt odbicia pompy błądzącej na kanale "X" wzmacniacza lock-in.
    5. Ustaw 17 V DC na zasilaczu podłączonym do taśmy grzewczej, aby rozgrzać ogniwo rubidowe do 90 oC. Odczekaj kilka minut, aż odczyt termometru ustabilizuje się na żądanej temperaturze ogniwa. Uwaga: Odczyty sygnału obserwowane na kanale "X" wzmacniacza lock-in powinny gwałtownie spaść podczas ogrzewania (ze względu na znaczny wzrost absorpcji ogniwa).
  4. Mierz i optymalizuj sygnał SBG w wodzie.
    1. Zwiększ moc lasera sondy, aby uzyskać >10 mW na próbce, obracając pokrętło prądu na sterowniku lasera i mierząc moc tuż przed próbką za pomocą miernika mocy.
    2. Zgrubnie dostrój długość fali sondy do linii absorpcyjnej rubiduim-85 D2Fg = 3, obracając pokrętło temperatury na sterowniku laserowym sondy i mierząc minimalny poziom mocy lasera za ogniwem rubidowym za pomocą miernika mocy.
    3. Precyzyjnie dostosuj długość fali sondy, aby była dłuższa niż długość fali pompy, obracając pokrętło prądu na sterowniku laserowym sondy, aż >10 mW, w przybliżeniu stałe, poziomy mocy lasera są mierzone za ogniwem rubidowym za pomocą miernika mocy. Uwaga: Jeśli długość fali sondy jest krótsza niż długość fali lasera pompującego, wówczas dodatkowe pasma absorpcyjne ogniwa rubidowego-85 znacznie zmniejszają moc sondy na wyjściu ogniwa.
    4. Ustaw odstrajanie częstotliwości między laserami pompy i sondy tak, aby odpowiadało przesunięciu wody Brillouina (~5 GHz), obracając pokrętło prądu na sterowniku lasera sondy i obserwując odczyty odstrojenia częstotliwości na liczniku częstotliwości (FC). Uwaga: Dla ujemnej (dodatniej) wiązki dyfrakcyjnej pierwszego rzędu odczyty te powinny być większe (mniejsze) niż przesunięcie Brillouina przez częstotliwość sterowania RF modulatora akustyczno-optycznego (210 MHz w tej konfiguracji).
    5. Ustawić czułość wzmacniacza typu lock-in na 100 μVrms i wyregulować przesunięcie fazowe między wejściami odniesienia i sygnału wzmacniacza do zera, postępując zgodnie z procedurą opisaną w ppkt 5.3.3.
    6. Zoptymalizuj wydajność skrzyżowania belki pompy i sondy poprzez (i) precyzyjną regulację Øx i Øy mocowania kinematycznego składanego lusterka belki pompy (M6) oraz (ii) nieznaczne przesunięcie soczewki skupiającej pompy (L4) wzdłuż osi optycznej systemu.
    7. Upewnij się, że wyższe odczyty sygnału na kanale "X" lock-in amplifier wynikają głównie ze zwiększonego sygnału SBG (a nie z odbić od pompy błądzącej) poprzez zablokowanie wiązki sondy i pomiar niezmienionych poziomów odbić pompy błądzącej na kanale "X" wzmacniacza lock-in.
    8. Powtarzaj kroki 5.4.6-7, aż sygnał SBG osiągnie maksimum (>2 μVrms), utrzymując odbicia od prądu na niezmienionym minimalnym poziomie.

6. Pomiar i analiza widma SBG

  1. Utwórz krzywą kalibracyjną prądu modulacji sondy w funkcji odstrojenia częstotliwości pompa-sonda.
    1. Ustaw rozstrojenie częstotliwości między laserem pompy a sondą na 5 GHz (wokół przesunięcia wody Brillouina), obracając pokrętło prądu na sterowniku lasera sondy.
    2. Naciśnij przyciski "RES" i "5" na liczniku częstotliwości mikrofalowej (FC), aby ustawić czas bramki na 1 ms, zapewniając odstęp próbkowania wynoszący 100 ms między kolejnymi pomiarami odstrojenia częstotliwości. Zastosować falę trójkątną do wejścia modulacji prądu sterownika laserowego sondy, postępując zgodnie z procedurą opisaną w ppkt 2.2.5 z parametrami amplitudy i częstotliwości przebiegu odpowiednio 150 mVpp i 50 mHz. Pozwoli to na powolne skanowanie długości fali sondy (a co za tym idzie odstrojenia częstotliwości pompa-sonda) w paśmie 2GHz.
    3. Ustaw częstotliwość próbkowania jednostki akwizycji danych (DAQ) na 100 próbek/s/kanał i rejestruj sygnały prądu detunecji częstotliwości pompy-sondy i modulacji laserowej sondy z jednostki akwizycji danych przez 20 s (ponad 4 - 6 GHz) za pomocą programu do akwizycji danych napisanego w domu.
    4. Załaduj dane pomiarowe do oprogramowania obliczeniowego. Dopasuj dane odstrojenia częstotliwości sondy pompy-sondy do modelu liniowego. Należy pamiętać, że możliwe jest również użycie dopasowania wielomianowego wyższego rzędu (ze względu na nieliniowość pomiarów odstrojenia częstotliwości pompa-sonda). Dopasuj również dane prądu modulacji laserowej sondy do modelu liniowego.
    5. Wygeneruj krzywą kalibracyjną, zapisując w oprogramowaniu obliczeniowym próbki dopasowania do odstrojenia częstotliwości pompy-sondy w funkcji dopasowanych próbek prądu modulacji sondy.
  2. Zmierz widmo SBG z dużą prędkością.
    1. Zamontować badaną próbkę (S), na przykład wodę destylowaną używaną w doświadczeniach, jak opisano w ppkt 5.2.1 - 2. Powtórz kroki 5.4.1 - 8.
    2. Ustaw blokadę amplifier (LIA) stała czasowa na ≥100 μs, naciskając przyciski "Settle Up/Down" na lock-in amplifier. Zastosować falę trójkątną do wejścia modulacji prądu sterownika laserowego sondy, postępując zgodnie z procedurą opisaną w ppkt 2.2.5 z parametrami amplitudy i częstotliwości przebiegu odpowiednio 150 mVpp i 50 Hz. Pozwoli to na szybkie skanowanie długości fali sondy (a co za tym idzie odstrojenia częstotliwości pompa-sonda) w paśmie 2GHz.
    3. Ustaw częstotliwość próbkowania jednostki akwizycji danych (DAQ) na ≤100 000 próbek/s/kanał i rejestruj sygnały prądu modulacji laserowej SBG i sondy z jednostki akwizycji danych przez ≥10 ms (ponad 4 - 6 GHz) za pomocą programu do akwizycji danych napisanego w domu.
  3. Wizualizacja i analiza widma SBG.
    1. Załadować dane pomiarowe zapisane w ppkt 6.2.6 do oprogramowania obliczeniowego.
    2. Przelicz zmierzone wartości prądu modulacji laserowej sondy na wartości odstrojenia częstotliwości pompy-sondy, identyfikując te wartości na krzywej kalibracyjnej zapisanej w ppkt 6.1.5.
    3. Odejmij średni poziom szumów od widma i zwizualizuj widmo SBG, wykreślając pomiary SBG w stosunku do wartości odstrojenia częstotliwości pompy-sondy.
    4. Dopasuj widmo za pomocą krzywej Lorentza. Aby wstępnie odgadnąć parametry Lorentza, użyj amplitudy, położenia częstotliwości i pełnej szerokości w połowie najwyższego punktu widma.
    5. Obliczyć przesunięcie Brillouina i szerokość linii badanej próbki, pobierając odpowiednio położenie częstotliwości maksimum i pełnej szerokości w połowie maksimum dopasowania Lorentza.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rysunki 2b i 3b pokazują typowe widma punktowe SBG próbek fantomowych wody destylowanej i emulsji lipidowej (z 2,25 zdarzeniami rozpraszania i współczynnikiem tłumienia 45 cm-1) mierzone odpowiednio w ciągu 10 ms i 100 ms. Dla porównania zmierzyliśmy widma SBG w ciągu 10 sekund, jak pokazano na rysunkach 2a i 3a. W tych pomiarach komórka parowa rubidu-85 została podgrzana do 90 °C w celu osłabienia odbić pompy ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

System, pokazany na rysunku 1, został zaprojektowany tak, aby można go było zbudować na płytce stykowej o wymiarach 18 x 24 cale, którą można zamontować pionowo na stole optycznym, ułatwiając umieszczanie próbek o wodnistych kształtach. W związku z tym ważne jest, aby mocno dokręcić wszystkie elementy optyczne i mechaniczne oraz upewnić się, że wiązki pompy i sondy są współliniowe i koncentryczne z różnymi elementami przed oświetleniem próbki w geometrii pozaosiowej.

Trudności...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

IR jest wdzięczny Fundacji Azrieli za przyznanie stypendium doktoranckiego.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Głowica lasera diodowego sondy i kontrolerToptica PhotonicsSYST DL-100-DFBIlość: 1
Laser diodowy ze wzmocnieniem pompy i kontrolerToptica PhotonicsSYST TA-pro-DFBIlość: 1
stacja dokująca światłowodowa FC/APCToptica PhotonicsFiberDock Ilość: 3
Polaryzacja jednomodowa dużej mocy utrzymująca patchcord światłowodowy FC / APCToptica PhotonicsOE-000796Ilość: 1
Kolimacja światłowodowa FC / APC z regulowaną optyką kolimacyjnąToptica PhotonicsFiberOutIlość: 1
Stały kolimator światłowodowy FC / APCOZ OpticsHPUCO-33A-780-P-6.1-AS Ilość: 1
Rozdzielacz światłowodowy utrzymujący polaryzację jednomodową 33:67OZ OptykaFOBS-12P-111-4/125-PPP-780-67/33-40-3A3A3A-3-1Ilość: 1
Rozdzielacz światłowodowy jednomodowy utrzymujący polaryzację 50:50OZ OptykaFOBS-12P-111-4/125-PPP-780-50/50-40-3S3A3A-3-1Ilość: 1
f=25 mm, Ø 1/2" Achromatyczny dublet, Mocowanie z gwintem SM05, ARC: 650-1050 nmThorlabsAC127-025-B-MLIlość: 1
f=30 mm, Ø 1" Achromatyczny dublet, mocowanie z gwintem SM1, ARC: 650-1050 nmThorlabsAC254-30-B-MLIlość: 2
f=50 mm, Ø 1" Achromatyczny dublet, Mocowanie z gwintem SM1, ARC: 650-1050 nmThorlabsAC254-50-B-MLIlość: 1
f=100 mm, Ø 1" Achromatyczny dublet, Mocowanie z gwintem SM1, ARC: 650-1050 nmThorlabs AC254-100-B-MLIlość: 1
f=200 mm, Ø 1" Achromatyczny dublet, Mocowanie z gwintem SM1, ARC: 650-1050 nmThorlabs AC254-200-B-MLIlość: 1
Ø 1/2" Szerokopasmowe lustro dielektryczne, 750-1100 nmThorlabs BB05-E03Ilość: 4
i Oslash; 1 "Szerokopasmowe zwierciadło dielektryczne, 750-1100 nmThorlabs BB1-E03Ilość: 2
1" Polaryzacyjny sześcian rozdzielający wiązkę, 780 nmThorlabs PBS25-780Ilość: 1
i Oslash; Polaryzator liniowy 1" z oknami ochronnymi N-BK7, 600-1100 nmThorlabs LPNIRE100-BIlość: 1
Interferometr ścinający z płytą ścinaną o średnicy wiązki 1-3 mmThorlabsSI035Ilość: 1
6-osiowy kinematyczny uchwyt optyczny z blokadąThorlabs K6XSIlość: 4
Kompaktowa platforma pięcioosiowaThorlabs PY005Ilość: 1
Adapter do montażu na cokole do platformy 5-osiowejThorlabs PY005A2Ilość: 1
Polaris low drift & Oslash; Mocowanie lustra kinematycznego 1/2", 3 regulatoryThorlabs POLARIS-K05Ilość: 4
Mocowanie obiektywu do Ø Optyka 1"Thorlabs LMR1Ilość: 5
Adapter z zewnętrznymi gwintami SM1 i wewnętrznymi gwintami SM05, grubość 0,40"Thorlabs SM1A6TIlość: 1
Montaż obrotowy do Ø Optyka 1Thorlabs RSP1Ilość: 2
1" Mocowanie pryzmatyczne kinematyczneThorlabs KM100PMIlość: 1
Przysłona irysowa SM1 z podziałką aktywowana pierścieniemThorlabs SM1D12CIlość: 1
Przysłona tęczówki montowana na słupku, Ø Maksymalna apertura 12,0 mmThorlabsID12Ilość: 2
1/2 "stolik translacyjny ze standardowym mikrometremThorlabsMT1Ilość: 3
i Oslash; 1 "Słupek cokołu, 8-32 krany, L = 1"ThorlabsRS1P8EIlość: 1
i Oslash; 1 "Słupek cokołu, 8-32 krany, L = 1,5"ThorlabsRS1.5P8EIlość: 2
i Oslash; 1" Słupek cokołu, 8-32 krany, L = 2"ThorlabsRS2P8EIlość: 4
Ø 1 "Słupek cokołu, 8-32 krany, L = 2,5"ThorlabsRS2.5P8EIlość: 1
i Oslash; 1" Słupek cokołu, 8-32 krany, L = 3"ThorlabsRS3P8EIlość: 4
Krótki widelec zaciskowyThorlabsCF125Ilość: 12
Podstawa montażowaThorlabsBA1SIlość: 8
Duży zacisk V-Clamp z ramieniem zaciskowym PM4, długość 2,5", ImperialThorlabsVC3CIlość: 1
Ø 1/2" Uchwyt na słupek, śruba skrzydełkowa z blokadą sześciokątną, L = 1"ThorlabsPH1Ilość: 2
Ø 1/2" Uchwyt na słupek, śruba skrzydełkowa z blokadą sześciokątną, L = 1,5ThorlabsPH1,5Ilość: 2
Ø 1/2" Uchwyt na słupek, śruba skrzydełkowa z blokadą sześciokątną, L = 2"ThorlabsPH2Ilość: 6
Ø 1/2" Słupek optyczny, SS, śruba dociskowa 8-32, kran 1/4"-20, L = 1"ThorlabsTR1Ilość: 2
Ø Słupek optyczny 1/2", SS, śruba dociskowa 8-32, gwintownik 1/4"-20, L = 1,5"ThorlabsTR1,5Ilość: 2
Ø 1/2" Słupek optyczny, SS, śruba dociskowa 8-32, kran 1/4"-20, L = 2"ThorlabsTR2Ilość: 6
Aluminiowa płytka stykowa 18" x 24" x 1/2", 1/4"-20 kranówThorlabsMB1824Ilość: 1
12" Wspornik pionowy do płytek stykowych, 1/4"-20 otworów, 1 sztukaThorlabsVB01Ilość: 2
Fotodioda Si, 40 ns Czas narastania, 400 - 1100 nm, obszar aktywny 10 mm x 10 mmThorlabs FDS1010Ilość: 1
Waveplate, zero rzędu, 1/4 fali 780nmOptyka wieżowaZ-17.5-A-.250-B-780Ilość: 2
Waveplate, rząd zerowy, 1/2 fali 780nmOptyka wieżyZ-17.5-A-.500-B-780Ilość: 1
Ultraszybki fotodetektor sprzężony z włóknemNewport1434Ilość: 1
Gimbal montaż optyczny NewportU100-G2H ULTIMAIlość: 3
stoliki liniowe o zasięgu 25 mmNewport  M-423 Ilość: 1
Zamykany mikrometr różnicowy, gruby 25 mm, drobny 0,2 mm, obciążenie 11 funtówNewport  DM-25LIlość: 1
XYZ Stopień liniowy silnikaStosowane oprzyrządowanie naukoweLS-50Ilość: 3-stopniowy
kontrolerZastosowane oprzyrządowanie naukoweMS-2000Ilość: 1
Uchwyt na próbkęDomowaniestandardowa: 1
Cela spektroskopii topionej krzemionki rubidu 85 z płaskimi oknami pokrytymi AR, długość 150 mm, średnica 25 mmFotonika TechnologieSC-RB85-25x150-Q-ARIlość: 1
Podkładka termoprzewodząca 300 mm x 300 mmARKUSZ BERGQUISTQ3AC 300MMX300MMIlość: 1
Taśma grzewcza 0,15 mm x 2,5  mm x 5 m, 4,29  W/mKANTHAL8908271Ilość: 1
Taśma politetrafluoroetylenowa 1/2'' x 12 mTaśma teflonowaR.G.DIlość: 1
Odblaskowy filtr pasmowo-przepustowy BraggaOptiGrateSPC-780Ilość: 1
Modulator optyczny aousto o wysokiej częstotliwościGooch i Housego15210Ilość: 1
modulator optyczny Aousto Sterownik RF, częstotliwość: 210 MHz Gooch i HousegoMHP210-1ADS2-A1Ilość: 1
wzmacniacz blokujący o wysokiej częstotliwości Stanford Research SystemsSR844Ilość: 1
Licznik częstotliwościMatryca fazowaEIP 578BIlość: 1
Generator funkcji arbitralnychTektronixAFG2021Ilość: 2
Moduł akwizycji danych (DAQ)National InstrumentsNI USB-6212 BNCIlość: 1
Oprogramowanie do akwizycji danych (DAQ) National InstrumentsLabVIEW 2014Ilość: 1
Regulowany zasilacz DC  podwójny 0-30V 5AMEILIMCH-305D-iiIlość: 1
TermoparaMRCTP-01Ilość: 1
TermometrMRCTM-5007Ilość: 1
Koncentryczny filtr dolnoprzepustowy DC-1,9 MHzMini obwodyBLP-1,9Ilość: 1
20% emulsja lipidowaSigma-AldrichI141-100mlIlość: 1
okrągła szklanka o średnicy 25 mm gruba:1 #Menzel Glaser150285Ilość: 1
Oprogramowanie obliczeniowe MathWorksMATLAB 2015a
" " ilość +

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Koski, K. J., Akhenblit, P., McKiernan, K., Yarger, J. L. Non-invasive determination of the complete elastic moduli of spider silks. Nat. Mater. 12 (3), 262-267 (2013).
  2. Palombo, F., Madami, M., Stone, N., Fioretto, D. Mechanical mapping with chemical specificity by confocal Brillouin and Raman microscopy. Analyst. 139 (4), 729-733 (2014).
  3. Scarcelli, G., Yun, S. H. In vivo Brillouin optical microscopy of the human eye. Opt. Exp. 20 (8), 9197-9202 (2012).
  4. Scarcelli, G., et al. Noncontact three-dimensional mapping of intracellular hydromechanical properties by Brillouin microscopy. Nat. Methods. 12 (12), 1132-1134 (2015).
  5. Traverso, A. J., Thompson, J. V., Steelman, Z. A., Meng, Z., Scully, M. O., Yakovlev, V. V. Dual Raman-Brillouin microscope for chemical and mechanical characterization and imaging. Anal. Chem. 87 (15), 7519-7523 (2015).
  6. Antonacci, G., Foreman, M. R., Paterson, C., Török, P. Spectral broadening in Brillouin imaging. Appl. Phys. Lett. 103 (22), 221105(2013).
  7. Antonacci, G., et al. Quantification of plaque stiffness by Brillouin microscopy in experimental thin cap fibroatheroma. J. R. Soc. Interface. 12 (112), 20150483(2015).
  8. Grubbs, W. T., MacPhail, R. A. High resolution stimulated Brillouin gain spectrometer. Rev. Sci. Instrum. 65 (1), 34-41 (1994).
  9. Ballmann, C. W., Thompson, J. V., Traverso, A. J., Meng, Z., Scully, M. O., Yakovlev, V. V. Stimulated Brillouin scattering microscopic imaging. Sci Rep. 5, 18139(2015).
  10. Remer, I., Bilenca, A. Background-free Brillouin spectroscopy in scattering media at 780 nm via stimulated Brillouin scattering. Opt. Lett. 41 (5), 926-929 (2016).
  11. Remer, I., Bilenca, A. High-speed stimulated Brillouin scattering spectroscopy at 780 nm. APL Photonics. 1 (6), 061301(2016).
  12. She, C. Y., Moosmüller, H., Herring, G. C. Coherent light scattering spectroscopy for supersonic flow measurements. Appl. Phys. B-Lasers O. 46 (4), 283-297 (1988).
  13. Fiore, A., Zhang, j, Peng Shao,, Yun, S. H., Scarcelli, G. High-extinction virtually imaged phased array-based Brillouin spectroscopy of turbid biological media. Appl. Phys. Lett. 108 (20), 203701(2016).
  14. Taking a Measurement with Your Computer. , Available from: http://www.ni.com/webcast/1673/en (2014).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

spektrometr Brillouinalasery ci g efiltr z par rubiduwzmacniacz synchronicznywidma wzmocnienia Brillouinapomiar przesuni cia Brillouinarozdzielczo spektralnaanaliza Brillouinamateria y mi kkie

Powiązane artykuły