Espectrômetro de espalhamento Brillouin estimulado assemelhace de alta velocidade para análise de Material

O objetivo deste experimento é construir e operar um espectrômetro de espalhamento de Brillouin estimulado por onda contínua para adquirir espectros de Brillouin estimulados por transmissão de amostras turvas e não turvas com alta resolução e velocidade do espectro. Este método pode avançar o uso de espectroscopia e imagem de Brillouin para investigar a mecânica de biomateriais, como células e tecidos. A principal vantagem desta técnica é que ela pode fornecer aquisição rápida de espectros de Brillouin de matéria turva e não turva.

Para iniciar o experimento, verifique se os componentes do espectrômetro CW-SBS estão montados com segurança em uma placa óptica. Verifique se o software de aquisição de dados personalizado está recebendo dados do contador de frequência de micro-ondas, do amplificador de travamento, dos controladores de bomba e laser da sonda e do gerador de funções. Em seguida, encha com água destilada uma câmara de amostra feita de duas lamínulas de vidro de 25 milímetros de diâmetro e 0,17 milímetros de espessura e fita de politetrafluoretileno de 500 micrômetros de espessura.

Monte um suporte de câmara em um estágio de translação motorizado de três eixos. Prenda a água sample no suporte da câmara. Traduza a amostra para o ponto de foco comum da sonda e bombeie as lentes de foco.

Em seguida, ajuste o botão de corrente do cônico ampcontrolador de laser da bomba do amplificador até que a potência do laser da bomba esteja acima de 250 miliwatts. Defina o tempo do amplificador de bloqueio constante para um segundo, o filtro passa-baixa para 24 decibéis por oitava e a sensibilidade para um milivolt RMS. Defina a mudança de fase entre a referência do amplificador e as entradas de sinal para zero.

Enquanto monitora os reflexos da bomba parasita no canal um, ajuste lentamente a corrente do laser da bomba até que os reflexos observados sejam mínimos. Em seguida, defina a fonte de alimentação do conjunto de aquecimento da célula de vapor de rubídio para 17 volts DC. Assim que a célula de rubídio se estabilizar a 90 graus Celsius, coloque o medidor de energia antes da lente de foco do laser da sonda. Ajuste lentamente a corrente do laser da sonda até que a potência medida seja superior a 10 miliwatts.

Em seguida, mova o medidor de energia para trás da célula de rubídio. Ajuste a temperatura do laser da sonda até que a potência medida esteja no mínimo. Em seguida, ajuste a corrente do laser da sonda até que a potência medida se estabilize acima de 10 miliwatts.

Altere a corrente do laser da sonda para definir a desafinação da frequência entre a bomba e os lasers da sonda para aproximadamente o deslocamento de Brillouin da amostra. Defina o bloqueio amplifier sensibilidade para 100 microvolts RMS e defina a mudança de fase de volta para zero. Em seguida, gire cuidadosamente os parafusos de inclinação e guinada do suporte cinemático do espelho dobrável do feixe da bomba e transfira a lente de foco da bomba ao longo do eixo óptico do sistema para otimizar a eficiência de cruzamento dos lasers da bomba e da sonda.

Bloqueie o feixe da sonda e observe os níveis das reflexões do laser da bomba parasita enquanto monitora o canal um do amplificador de travamento. É fundamental rejeitar adequadamente os reflexos dispersos da bomba da câmara e da amostra. Se necessário, feche ligeiramente a íris colocada na frente da célula de rubídio e aumente ligeiramente o ângulo cruzado entre a bomba e o laser da sonda para melhorar os níveis de rejeição.

Desbloqueie o feixe da sonda e continue ajustando o espelho do laser da bomba e a lente de foco até que o sinal de ganho de Brillouin estimulado esteja no máximo acima de dois microvolts RMS e os reflexos da bomba parasita estejam em um mínimo constante. Uma vez que o sistema tenha sido otimizado para a amostra, crie uma curva de calibração a partir de um gráfico de corrente de modulação sondada versus dessintonia de frequência bomba-sonda. Defina o bloqueio amplifier tempo constante para maior ou igual a 100 microssegundos.

Defina o gerador de funções conectado à entrada de modulação de corrente do controlador do laser para o canal um. Selecione uma forma de onda triangular, defina a amplitude para uma tensão pico a pico de 150 milivolts e defina a frequência para 50 Hertz. Defina a taxa de amostragem da unidade de aquisição de dados como menor ou igual a 100.000 amostras por segundo por canal.

Usando o software de aquisição de dados personalizado, registre os sinais de corrente de modulação a laser SBG e da sonda por pelo menos 10 milissegundos. Importe os dados adquiridos para um software computacional. Use a curva de calibração para converter os valores medidos da corrente de modulação do laser da sonda para os valores de dessintonia da frequência da bomba-sonda.

Subtraia o nível de ruído médio. Plote as medições SBG em relação aos valores de dessintonia da frequência da bomba-sonda para gerar o espectro SBG. Ajuste o espectro com uma curva Lorentziana usando a amplitude, a posição da frequência e a largura total na metade do ponto mais alto do espectro como valores iniciais.

Calcule o deslocamento de Brillouin e a largura da linha a partir das posições de frequência do máximo e da largura total na metade do máximo do ajuste lorentziano, respectivamente. Use valores de espectros ajustados de Lorentzian repetidos para gerar um histograma correspondente. Espectros SBG de amostras de água destilada e tecido de emulsão lipídica foram gerados usando este método com uma resolução espacial de aproximadamente oito micrômetros.

As amostras de água foram adquiridas em 10 segundos e 10 milissegundos e as amostras lipídicas foram adquiridas em 10 segundos e 100 milissegundos. Os deslocamentos médios de Brillouin determinados a partir dos espectros adquiridos rapidamente foram de 5,08 gigahertz para água e 5,11 gigahertz para o simulador de tecido. Esses valores foram consistentes com os calculados a partir dos espectros registrados ao longo de 10 segundos e com os valores da literatura.

Foram realizadas 200 medições sucessivas em cada amostra e avaliados os desvios-padrão das distribuições dos desvios de Brillouin estimados. Os desvios-padrão foram de 8,5 megahertz e 33 megahertz para as amostras de água e tecido, respectivamente. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como montar e operar um espectrômetro de espalhamento de Brillouin estimulado para medir rapidamente os espectros de água e tecidos obtidos por Brillouin estimulado