Aqui apresentamos um protocolo para construir um espectrómetro de Brillouin rápida. Cascata matriz fase praticamente fotografada (Vipa) etalons alcançar uma velocidade de medição mais de 1.000 vezes mais rápido do que de digitalização tradicional espectrômetros Fabry-Perot. Este melhoramento proporciona os meios para análise de Brillouin de tecido e biomateriais em níveis baixos de potência in vivo.
Artigo de método
Alta velocidade Spectrometer Sub-GHz para Brillouin Scattering Análise
Neste artigo
Resumo
Resumo
O objetivo deste protocolo é para construir um alto-extinção paralela e de alta resolução espectrômetro de Brillouin óptica. Espectroscopia de Brillouin é um método de medida sem contacto, que pode ser utilizado para se obter as leituras directas de propriedades do material viscoelástico. Tem sido uma ferramenta útil na caracterização de materiais, monitoramento estrutural e sensoriamento ambiental. No passado, a espectroscopia de Brillouin tem geralmente empregue digitalização etalons Fabry-Perot para realizar a análise espectral. Este processo requer alta potência de iluminação e longos tempos de aquisição, tornando a técnica inadequada para aplicações biomédicas. Um romance espectrômetro recentemente introduzido supera este desafio, empregando dois VIPAs em uma configuração de eixo transversal. Esta inovação permite (GHz) Resolução análise espectral-Gigahertz sub com tempo de aquisição de sub-segundo e poder iluminação dentro dos limites de segurança de tecido biológico. As novas aplicações múltiplas facilitados por esta melhoria são currently sendo exploradas na pesquisa biológica e aplicações clínicas.
Introdução
Dispersão de Brillouin, primeiro descrito por Leon Brillouin 1 em 1922, é a dispersão elástica de luz a partir dos meios térmicos acústicos em forma de um sólido e a partir das flutuações térmicas de densidade em um líquido ou gás. O desvio espectral da luz difusa, geralmente na gama de sub-GHz, fornece informações sobre a interacção entre a luz incidente e as fonões acústicas da amostra. Como um resultado, ele pode fornecer informação útil sobre as propriedades viscoelásticas do material examinado.
Na sua versão espontânea, geralmente a dispersão de Brillouin tem secções transversais da ordem de dispersão de Raman, resultando ....
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Protocolo
Nota: a análise espectral de Brillouin requer um único laser de modo longitudinal (~ 10 mW na amostra). Para fins de alinhamento, utilizar uma porção fortemente atenuada desta feixe de laser (<0,1 mW).
1. Configuração inicial de fibra ea EMCCD (Electron Multiplied Charge Coupled Device) Camera
- Identificar cerca de 1.600 mm Área de alinhamento gratuito para o espectrômetro em uma mesa óptica.
- Montar a câmara EMCCD no final do espaço livre de alinhamento.
- Use parafusos de fixação para fixar a câmera a postos. Aperte os lugares em detentores de postos na altura do eixo óptico desejado. Aperte os detentores de postos so....
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Resultados
A Figura 3 mostra os espectros de Brillouin representativa e seus ajustes para materiais diferentes. Os VIPAs têm ambos uma espessura de 5 mm, o que resulta numa FSR de cerca de 20 GHz. O tempo de integração para estas medições foi de 100 ms. 100 medições foram tomadas e média. Uma medida de calibração foi feita antes de adquirir os espectros.
Figura 3........
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Discussão
Uma característica chave deste projeto espectrómetro de configuração é que as duas fases pode ser alinhada de modo independente. Quando um étalon VIPA é feita deslizar para fora do percurso óptico, as lentes restantes da fase espectrómetro de formar uma mistura 1: 1 sistema de imagem, de modo que o padrão espectral de cada estágio é fotografada para a câmara CCD. Portanto, é fácil de voltar para qualquer uma das etapas a melhorar o seu desempenho, sem afectar o alinhamento da outra fase. O conjunto de estágios de transl.......
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Divulgações
Giuliano Scarcelli e Seok H. Yun detêm patentes relacionadas à tecnologia de espectroscopia Brillouin.
Agradecimentos
Este trabalho foi apoiado em parte pelos Institutos Nacionais de Saúde (P41-EB015903, R21EY023043, K25EB015885), National Science of Foundation (CBET-0853773) e Human Frontier Science Program (Young Investigator Grant).
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| OPTICS | |||
| VIPA (virtual image phase array) | LIGH MACHINERY | Quantidade: 2 | |
| Pacotes de Três Estágios Lineares 423 com Micrômetros SM-25 | NEWPORT | 423-MIC | Quantidade: 1 |
| Estágio de Tradução de Rolamento de Rolos Cruzados SS, 0.5 in., 8-32, 1/4-20 | NEWPORT | 9066-X | Quantidade: 1 |
| Micrômetro Vernier, 13 mm de Viagem, Capacidade de Carga de 9 lb, 50.8 | TPI NEWPORT | SM-13 | Quantidade: 1 |
| Fenda de Largura Ajustável | NEWPORT | SV-0.5 | Quantidade: 2 |
| Estágio Linear de Cauda de Andorinha Compacta, 0.20 pol. Viagem Z, 1.57x1.57x1.38 em. | NEWPORT | DS40-Z | Quantidade: 2 |
| Placas de Base Rancadas, 25 ou 40 mm a 65 mm Palco, 1,1 pol. Alcance | NEWPORT | B-2B | Quantidade: 2 |
| Ø Poste óptico de 1/2", parafuso de fixação 8-32, torneira de 1/4"-20, L = 2", pacote com 5 | THORLABS | TR2-P5 | Quantidade: 2 |
| Ø Suportes de Poste de 1/2", Parafusos de Aperto Hexagonal com Mola, L = 2", Pacote com 5 | THORLABS | PH2-P5 | Quantidade: 1 |
| Ø Suportes de Poste de 1/2", Parafuso de Aperto Hexagonal com Mola, L = 3", Pacote com 5 | THORLABS | PH3-P5 | Quantidade: 1 |
| Montagem de Lente Imperial Para Óptica de 2", Torneira 8-32 | THORLABS | LMR2 | Quantidade: 2 |
| f=200.0 mm, Ø Gibão Acromático de 2", ARC: 400-700 nm | THORLABS | AC254-200-A | Quantidade: 2 |
| Montagem Cinemática para até 1.3" (33 mm) Óptica Retangular Alta, Destro | THORLABS | KM100C | Quantidade: 2 |
| Montagem de Lente Cilíndrica Fixa, Altura Máxima da Óptica: 1.60" (40.6 mm) | THORLABS | CH1A | Quantidade: 2 |
| f=200.00 mm, H=30.00 mm, L=32.0 mm, N-BK7 Lente Cilíndrica Plano-Convexa, Revestimento Antirreflexo: 350-700 nm | THORLABS | L1653L1-A | Quantidade: 2 |
| Clamp de Poste em Ângulo Reto, Fixo 90° Adaptador | THORLABS | RA90 | Quantidade: 1 |
| Adaptador com Roscas Externas C-Mount e Roscas Internas SM1 | THORLABS | SM1A9 | Quantidade: 1 |
| Adaptador de Base de Pedestal com Cravos, Rosca 1/4"-20 | THORLABS | PB4 | Quantidade: 2 |
| Espaçadores, 2" x 3", 1.000" de Espessura | THORLABS | Ba2S7 | Quantidade: 2 |
| 543 nm, f=15.01 mm, NA=0.17 FC/APC Fibra Pacote de colimação. | THORLABS | F260APC-A | Quantidade: 1 |
| adaptador SM1-Threaded para Ø 11 colimadores mm | THORLABS | Ad11F | Quantidade: 1 |
| Montagem de lente de translação para Ø Óptica de 1", 1 Anel de Retenção Incluído | THORLABS | LM1XY | Quantidade: 1 |
| Cabo de Patch de Modo Único, 450 - 600 nm, FC/APC, 2 m de Comprimento | THORLABS | P3-460B-FC-2 | Quantidade: 1 |
| 1:1 Compatível com Achr. Par, f1=30 mm, f2=30 mm, BBAR 400-700 nm | THORLABS | MAP103030-A | Quantidade: 1 |
| Tubo de Lente SM1… comprimento para ajustar depende do CCD, temos 3.5 polegadas | THORLABS | SM1LXX | Quantidade: 1 |
| Adaptadores de base para Ø Suportes de Poste de 1/2" e Ø Postes de 1" | THORLABS | BE1 | Quantidade: 8 |
| Garfos de Fixação para Ø Suportes de Poste de 1/2" e Ø Postes de 1" | THORLABS | CF125 | Quantidade: 8 |
| HW-KIT5 - Kit de Parafusos e Ferragens 4-40 para Mini-Série | THORLABS | HW-KIT5 | Quantidade: 1 |
| D20S - Íris Padrão, Ø Abertura máxima de 20,0 mm | THORLABS | D20S | Quantidade: 2 |
| FOR ENCLOSURE | |||
| 25 mm Trilho de Construção, L = 21" | THORLABS | XE25L21 | Quantidade: 6 |
| 1" Cubo de Construção com Três Furos Rebaixados de 1/4" (M6) | THORLABS | RM1G | Quantidade: 8 |
| Suporte de Ângulo Reto para Trilhos de 25 mm | THORLABS | XE25A90 | Quantidade: 12 |
| Trilho de Construção de 25 mm, L = 15" | THORLABS | XE25L15 | Quantidade: 4 |
| Trilho de Construção de 25 mm, L = 9" | THORLABS | XE25L09 | Quantidade: 8 |
| Fita de Mascaramento Preto de Alto Desempenho, 2" x 60 jardas. (50 mm x 55 m) Rolo | THORLABS | T743-2.0 | Quantidade: 1 |
| Porca T de Perfil Baixo, Furo Roscado 1/4"-20, Quantidade: 10 | THORLABS | XE25T3 | Quantidade: 1 |
| 1/4"-20 Parafusos de Canal de Perfil Baixo (100 Parafusos/Caixa) | THORLABS | SH25LP38 | Quantidade: 1 |
| 60" (L) x 3 jardas. (L) x 0.005" (T) (1.5 m x 2.7 m x 0.12 mm) Tecido Blackout | THORLABS | BK5 | Quantidade: 1 |
| CAMERA, LASER and MICROSCOPE | |||
| EMCCD camera | ANDOR | iXon Ultra 897 | Quantidade: 1 |
| laser verde monomodo 400 mW | LASER QUANTUM | torus 532 | Quantidade: 1 |
| Microscópio de Sistema Invertido de Pesquisa | OLYMPUS | IX71 | Quantidade: 1 |
Referências
- 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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