Alta velocidade Spectrometer Sub-GHz para Brillouin Scattering Análise

O objetivo geral deste espectrômetro é medir as assinaturas de espalhamento Brilhoim em tecidos e biomateriais. Os espectros de espalhamento Brilhoim fornecem informações não invasivas e sem contato sobre propriedades do material, como o módulo elástico longitudinal. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na biomecânica de tecidos. Por exemplo, em tecido corneano, podemos medir a resistência corneana para o diagnóstico e tratamento do ceratocone.

A principal vantagem desta técnica é que podemos realizar análise espectral com baixa potência de luz, tornando-a segura para uso in vivo, o que permite a obtenção de imagens biológicas. Comece com uma câmera e uma fibra óptica posicionadas sobre uma bancada óptica. Aqui, uma câmera E-M-C-C-D está montada em uma extremidade do trajeto óptico. A câmera deve estar capturando imagens e exibindo-as em um monitor.

Aproximadamente 1600 milímetros à frente da câmera. Posicione um colimador de fibra na altura da câmera. Conecte o colimador a um laser de modo longitudinal único.

Utilize uma potência de laser inferior a 0,1 miliwatts e verifique o alinhamento movendo a íris ao longo do eixo óptico desejado. Este esquema fornece uma visão geral da montagem neste momento. Em seguida, adicione um par de lentes aromáticas na frente da câmera.

Este par de lentes aromáticas combinadas possui uma distância focal de 30 milímetros. Agora, comece a adicionar elementos para o estágio horizontal. Primeiro, em um estágio de translação horizontal, adicione uma máscara horizontal para que ela seja projetada na câmera pela lente aromática.

O estágio deve se mover perpendicularmente ao trajeto do feixe. Monitore a imagem na tela do computador para verificar se a imagem apresenta bordas nítidas, como nesta foto. Prossiga para se preparar para posicionar uma lente esférica, a 600 milímetros à frente da máscara horizontal.

Primeiro, prepare duas aberturas, cada uma em um suporte com haste, para auxiliar no alinhamento do feixe; posicione uma abertura entre a posição pretendida da lente e a máscara horizontal. Posicione a outra abertura além da posição pretendida da lente. Certifique-se de que a altura das aberturas permita que o feixe passe limpidamente por ambas.

Após concluir a verificação do alinhamento, prossiga para trabalhar com a lente esférica montada em suporte com distância focal de 200 milímetros. Utilize um suporte para postes a fim de posicionar a lente a 600 milímetros à frente da máscara horizontal entre as duas íris e fixe o suporte do poste. Abaixo há um esquema da montagem após a lente esférica, S1, estar posicionada.

O próximo elemento a ser adicionado é o primeiro dos arranjos de fase com imagem virtual, ou vipa S. Para adicionar o vipa, posicione uma plataforma de translação horizontal sobre a bancada. Cerca de 200 milímetros à frente da lente esférica, oriente a plataforma para mover-se perpendicularmente ao feixe, fixando na plataforma um suporte para vipa montado em um suporte vertical e seu prendedor. Agora, pegue o vipa que será montado.

Cada vipa possui uma fenda de entrada, que deve ser orientada corretamente para este vipa. Coloque-o no suporte do vipa com a fenda orientada verticalmente e faça ajustes finos na posição do suporte do vipa, de modo que a entrada do vipa esteja exatamente no plano focal da lente esférica.

Continue traduzindo o vipa para fora do feixe para prosseguir com a montagem. Em seguida, prepare-se para posicionar a segunda lente esférica, a 200 milímetros à frente da máscara horizontal com íris em ambos os lados para alinhamento, observe que o vipa dois está deslocado no esquema para indicar que está fora do trajeto do feixe. Monte a lente esférica utilizando um suporte em uma plataforma de translação entre os íris.

Oriente o estágio de translação para mover ao longo do percurso óptico antes de prosseguir. Verifique se o reflexo traseiro da lente atravessa limpidamente a íris. Além disso, verifique se o feixe emergente atravessa limpidamente a íris no lado oposto da lente.

Em seguida, mova o vipa para que sua entrada SL esteja novamente no trajeto do feixe. Faça isso ajustando a posição do estágio de translação ao qual está preso. À medida que a luz entra no vipa, observe as linhas verticais da imagem da câmera no monitor do computador.

Passe para ajustar a posição da segunda lente esférica enquanto observa as linhas no monitor. Ajuste com precisão o estágio de translação para tornar as linhas mais nítidas e pare quando as linhas entrarem em foco. Em seguida, trabalhe com o suporte vipa.

Para ajustar o espectro, utilize o grau de liberdade de translação horizontal para ajustar a posição de entrada do feixe no lon. Observe a resposta da imagem no monitor do computador enquanto a fenda de entrada é deslocada. Além disso, utilize o grau de liberdade de inclinação horizontal para ajustar o ângulo de entrada do feixe no al on.

Mais uma vez, monitore a imagem na tela do computador para obter feedback sobre os ajustes de inclinação. Neste ponto, a configuração horizontal do espectrômetro está concluída. Para configurar o estágio vertical, deslize o vipa para fora do feixe utilizando o estágio translacional.

A seguir, em uma posição a 200 milímetros à frente da lente esférica, coloque uma máscara vertical montada em uma plataforma de translação vertical, permitindo que a máscara seja movida para fora do trajeto do feixe. Certifique-se de que a máscara vertical esteja nitidamente focalizada na câmera CCD.

O próximo componente será uma lente cilíndrica. A 600 milímetros à frente da máscara vertical. Use um suporte para haste para posicionar uma lente de distância focal de 200 milímetros entre duas íris.

O segundo vipa será colocado em uma plataforma de translação vertical a 200 milímetros na frente da lente cilíndrica. Tenha o suporte do vipa em uma plataforma de translação vertical posicionado para permitir que o vipa seja movido para fora do trajeto do feixe. Monte o vipa usando um poste e seu suporte na plataforma, tomando cuidado para orientar sua fenda de entrada perfeitamente na horizontal.

Ajuste a posição do vipa para posicioná-lo exatamente no plano focal da lente cilíndrica. Em seguida, mova-o para fora do trajeto do feixe. O elemento final é uma segunda lente cilíndrica.

Posicionado a 200 milímetros à frente da máscara vertical. Para esta lente, posicione uma plataforma translacional orientada ao longo do caminho óptico do suporte e alinhe a segunda lente cilíndrica sobre a plataforma. Retorne à vipa vipa colocada mais recentemente e desloque-a de volta para o caminho do feixe.

Utilize o grau de liberdade de translação vertical para ajustar a posição de entrada do feixe no al. Observe o efeito do ajuste na imagem da câmera exibida no monitor do computador. Em seguida, ajuste o grau de liberdade de inclinação vertical para sintonizar o ângulo de entrada do feixe.

Observe o monitor do computador para obter feedback sobre os efeitos dos ajustes. Agora é a hora de combinar as duas etapas do sistema. Faça isso deslizando o VIPA dois, o primeiro montado no trajeto óptico.

Ajuste o vipa S enquanto observa os pontos espaçados horizontal e verticalmente. O monitor do computador para quando os pontos da assinatura espectral do laser de frequência única estão em foco. Capture uma imagem da assinatura usando o software da câmera neste software.

Clique com o botão direito na imagem e escolha a opção de gráfico de linhas. Arraste o cursor diagonalmente sobre a imagem para gerar um gráfico de linhas. Em seguida, solte o cursor para visualizar o gráfico, que será usado para determinar a finesse; neste gráfico de exemplo, as duas medições necessárias estão indicadas.

Primeiro, meça a distância diagonal entre dois pontos, a faixa espectral livre. Em seguida, meça a largura total na metade do máximo. Divida a faixa espectral livre pela largura total na metade do máximo e prossiga se a razão for maior que 30.

De volta à bancada, envolva o espectrômetro com uma estrutura de caixa coberta com tecido bloqueador de luz, conforme demonstrado aqui com uma configuração diferente. Antes de continuar, certifique-se de que as máscaras e o vipa estejam facilmente acessíveis. Por fim, conecte a fibra a uma sonda óptica padrão. Neste caso, um microscópio confocal vai aqui.

Uma configuração descoberta é utilizada para demonstrar os passos na medição do desvio brion. Primeiro, selecione uma das máscaras para ser ajustada. Neste caso, comece a fechar a máscara horizontal usando seu micrômetro.

Observe a assinatura do laser no monitor do computador. O objetivo é bloquear a assinatura do laser visível nos cantos. Use o estágio de translação para centralizar a máscara horizontalmente e ajudar a bloquear a assinatura.

Continue observando o comportamento da assinatura do laser no monitor. Alterne entre fechar e transladar a máscara até que a assinatura seja bloqueada. Em seguida, faça o mesmo com a máscara vertical.

Com a amostra carregada, abra a máscara do estágio vertical para começar a otimizar a produtividade do estágio vertical. Prossiga para o vipa do estágio vertical e varie a posição de inclinação do vipa para cobrir diferentes ângulos de entrada no AL, examinando as ordens do espectrômetro, e pare na ordem com o sinal mais nítido. Feche novamente a máscara até que o sinal do laser desapareça.

Repita o processo de otimização com a máscara horizontal e o vipa antes de realizar as medições. Abaixo estão os espectros Brion medidos para metanol, etanol e poliestireno. Nestes gráficos, os dados medidos estão em azul.

O ajuste da curva de Lian está em vermelho. As vipa utilizadas têm cinco milímetros de espessura, proporcionando uma faixa espectral livre de cerca de 20 gigahertz. O tempo de integração foi de 100 milissegundos.

Foram realizadas 100 medições e suas médias calculadas. Os desvios de Brion estão de acordo com resultados publicados anteriormente. Este histograma mostra os desvios de Brion encontrados em 250 medições sequenciais de metanol.

Os dados ajudaram a determinar se o alinhamento do espectrômetro é ideal. Um espectrômetro bem alinhado, com cinco miliwatts de luz na amostra e um tempo de integração de 100 milissegundos, terá um desvio padrão de cerca de 10 megahertz. Ao realizar este procedimento, é importante lembrar-se de alterar as configurações da câmera quando se utiliza luz laser ou luz dispersa.

Caso contrário, a câmera E-M-C-C-D ficará saturada e se degradará com o tempo. Não se esqueça de que trabalhar com lasers pode ser extremamente perigoso e que precauções, como nunca olhar diretamente para o feixe de laser, devem ser sempre tomadas. O uso de óculos de segurança e o alinhamento abaixo do nível dos olhos devem ser realizados durante a execução deste procedimento.