Высокоскоростной непрерывном стимулировали Бриллюэна рассеяния спектрометр для анализа материалов

Целью данного эксперимента является создание и эксплуатация спектрометра рассеяния Бриллюэна с непрерывным волновым стимулированием для получения спектров Бриллюэна с просвечиванием пропускания мутных и немутных образцов с высоким спектральным разрешением и скоростью. Этот метод может продвинуть использование спектроскопии и визуализации Бриллюэна для исследования механики биоматериалов, таких как клетки и ткани. Основное преимущество этой методики заключается в том, что она может обеспечить быстрое получение спектров Бриллюэна мутных и немутных веществ.

Чтобы начать эксперимент, убедитесь, что компоненты спектрометра CW-SBS надежно закреплены на оптической плате. Убедитесь, что пользовательское программное обеспечение для сбора данных получает данные от микроволнового частотомера, синхронного усилителя, контроллеров лазера накачки и зонда, а также генератора функций. Затем заполните дистиллированной водой камеру для образцов, изготовленную из двух стеклянных защитных колпачков диаметром 25 мм и толщиной 0,17 мм и политетрафторэтиленовой ленты толщиной 500 мкм.

Установите держатель камеры на трехосевой моторизованный столик для перевода. Закрепите пробу воды в держателе камеры. Перенесите образец в общую точку фокусировки щупа и фокусировочных линз помпы.

Затем отрегулируйте текущую ручку лазерного контроллера накачки конического усилителя до тех пор, пока мощность лазера накачки не превысит 250 милливатт. Установите постоянную времени синхронного усилителя равной одной секунде, фильтр нижних частот — 24 децибела на октаву и чувствительность — один милливольт RMS. Установите сдвиг фазы между опорным сигналом усилителя и входным сигналом равным нулю.

Контролируя паразитные отражения накачки на первом канале, медленно регулируйте ток лазера накачки до тех пор, пока наблюдаемые отражения не станут минимальными. Затем установите источник питания сборки нагрева рубидиевой ячейки на 17 вольт постоянного тока.Как только рубидиевая ячейка стабилизируется на уровне 90 градусов Цельсия, поместите измеритель мощности перед линзой лазерной фокусировки зонда. Медленно регулируйте ток зондового лазера до тех пор, пока измеренная мощность не превысит 10 милливатт.

Далее переместите измеритель мощности за рубидиевый элемент. Отрегулируйте температуру зондового лазера до тех пор, пока измеренная мощность не станет минимальной. Затем отрегулируйте ток зондирующего лазера до тех пор, пока измеренная мощность не стабилизируется выше 10 милливатт.

Измените ток зондового лазера, чтобы установить частоту расстройки между накачкой и зондовым лазером примерно на сдвиг Бриллюэна образца. Установите чувствительность синхронного усилителя на 100 микровольт RMS и установите фазовый сдвиг обратно на ноль. Затем осторожно поверните винты по тангажу и рысканию кинематического крепления луча качки и переместите фокусирующую линзу насоса вдоль оптической оси системы для оптимизации эффективности пересечения лазеров накачки и зонда.

Заблокируйте луч пробника и запишите уровни паразитных отражений лазера накачки во время контроля первого канала синхронного усилителя. Крайне важно правильно отсеять паразитные отражения насоса от камеры и образца. При необходимости слегка закройте радужную оболочку глаза, расположенную перед рубидиевым элементом, и немного увеличьте поперечный угол между насосом и зондовым лазером, чтобы улучшить уровень отторжения.

Разблокируйте луч пробника и продолжайте регулировку лазерного зеркала накачки и фокусирующей линзы до тех пор, пока стимулированный сигнал усиления Бриллюэна не достигнет максимума выше двух микровольт RMS, а рассеянные отражения накачки не будут находиться на постоянном минимуме. После того, как система будет оптимизирована для выборки, создайте калибровочную кривую на основе графика зависимости тока зондированной модуляции в зависимости от расстройки частоты насос-зонд. Установите постоянную времени синхронного усилителя на 100 микросекунд.

Установите генератор функций, подключенный к входу модуляции тока лазерного контроллера, на первый канал. Выберите треугольную форму сигнала, установите амплитуду на пиковое напряжение 150 милливольт и установите частоту на 50 Гц. Установите частоту дискретизации блока сбора данных равной 100 000 выборок в секунду на канал.

Используя специальное программное обеспечение для сбора данных, запишите сигналы тока SBG и зондовой лазерной модуляции в течение не менее 10 миллисекунд. Импортируйте полученные данные в вычислительное программное обеспечение. Используйте калибровочную кривую для преобразования измеренных значений тока лазерной модуляции пробника в значения отстройки частоты накачки и пробника.

Вычтите средний уровень шума. Построите график измерений SBG в зависимости от значений расстройки частоты насос-зонд для создания спектра SBG. Аппроксимируйте спектр с помощью кривой Лоренца, используя амплитуду, частотное положение и полную ширину в половине самой высокой точки спектра в качестве начальных значений.

Рассчитайте сдвиг Бриллюэна и ширину линии от частотных позиций максимума и полной ширины на половине максимума от подгонки Лоренца соответственно. Использование значений повторяющихся подогнанных спектров Лоренца для создания соответствующей гистограммы. С помощью этого метода были получены спектры SBG фантомных образцов дистиллированной воды и липидной эмульсии тканей с пространственным разрешением примерно восемь микрометров.

Пробы воды были получены за 10 секунд и 10 миллисекунд, а образцы липидов были получены за 10 секунд и 100 миллисекунд. Средние сдвиги Бриллюэна, определенные по быстро полученным спектрам, составили 5,08 гигагерц для воды и 5,11 гигагерц для тканевого фантома. Эти значения соответствовали значениям, рассчитанным по спектрам, записанным в течение 10 секунд, и литературным значениям.

На каждом образце было выполнено 200 последовательных измерений и оценены стандартные отклонения распределений оцененных сдвигов Бриллюэна. Стандартные отклонения составили 8,5 МГц и 33 МГц для образцов воды и тканей соответственно. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как собирать и работать со спектрометром рассеяния Бриллюэна для быстрого измерения спектров вынужденного рассеяния Бриллюэна водных и тканевых образцов в режиме пропускания.