Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

عالية السرعة كونتينووسوافي برلين حفز نثر مطياف لتحليل المواد

Published: September 22, 2017 doi: 10.3791/55527
Automatic Translation
1, 1, 1,2
1Biomedical Engineering Department, Ben-Gurion University of the Negev, 2Ilse Katz Institute for Nanoscale Science and Technology, Ben-Gurion University of the Negev

Summary

يصف لنا بناء مطياف (CW-SBS) continuous-وافي-حفز-برلين-نثر السريع. والمطياف يستخدم صمام ثنائي التردد الواحد-أشعة الليزر وعامل تصفية الشق بخار الذري للحصول على الأطياف نقل العينات عكر/غير-عكر مع الاستبانة الطيفية عالية في سرعات تصل إلى معززات أسرع من تلك القائمة CW SBS مطيافات. هذا التحسن يمكن تحليل المواد بريلوين عالية السرعة.

Abstract

وقد شهدت السنوات الأخيرة زيادة كبيرة في استخدام مطيافات برلين العفوية لعدم الاتصال تحليل المسألة لينة، مثل المحاليل والمواد الحيوية، مع أوقات اكتساب سريع. هنا، نحن مناقشة الجمعية العامة وحفز العملية برلين مطياف يستخدم نثر برلين (SBS) لقياس أطياف مكسب (SBG) برلين حفزت المياه والدهون على أساس مستحلب مثل الأنسجة العينات في وضع الإرسال مع < 10 ميجا هرتز الاستبانة الطيفية و < ميغاهرتز برلين--تحول 35 قياس الدقة في < السيدة 100 والمطياف يتكون من اثنين تقريبا مكافحة نشر كونتينووسوافي الليزر الضيقة-لينيويدث (CW) في 780 نانومتر detuning التردد الذي يتم فحصه من خلال المواد بريلوين التحول. باستخدام عامل تصفية الشق ساخنة روبيديوم 85 بخار ضيق جداً وكشف المرحلة الحساسة، والإشارة-إلى-الضوضاء-نسبة إشارة SBG يتعزز كثيرا مقارنة بالحصول عليها مع القائمة CW SBS مطيافات. وهذا التحسن يمكن قياس الأطياف SBG مع 100-fold يصل إلى اقتناء أسرع الأوقات، مما يسهل تحليل برلين عالية الاستبانة الطيفية وعالية الدقة من مواد لينة بسرعة عالية.

Introduction

عفوية التحليل الطيفي برلين قد أنشئت، في السنوات الأخيرة، كنهج قيماً للتحليل الميكانيكي للمواد اللينة، مثل السوائل، خلايا الأنسجة الحقيقية وأشباح الأنسجة البيولوجية21،، 3،،من45،،من67. في هذا النهج، ينير ليزر واحد العينة والخفيفة التي إينيلاستيكالي المنتشرة من الموجات الصوتية الحرارية عفوية في الأجلين المتوسط ويتم تجميع بواسطة مطياف، توفير معلومات مفيدة عن خصائص العينة لزج مطاطي. ويشمل الطيف برلين عفوية اثنين من قمم برلين ستوكس الصوتية والاصداء ستوكس المضادة المواد، وذروة رايليغ في تواتر الليزر المضيئة (بسبب الضوء المتناثرة الاستيكالي). لهندسة باكسكاتيرينج برلين، برلين الترددات يتم إزاحة بواسطة عدة غيغاهرتز من تواتر الليزر المضيئة والعرض الطيفي لمئات ميغاهيرتز.

بينما المسح مطيافات فابري-بيرو قد النظم اختيار الحصول على الأطياف بريلوين عفوية في المسألة لينة1،2، التطورات التكنولوجية الحديثة في تصويرها تقريبا المرحلة الصفيف (تشرف) وقد مكنت مطيافات القياسات (الفرعية الثانية) برلين أسرع بشكل ملحوظ مع كافية-الاستبانة الطيفية (sub-GHz)3،،من45،،من67. في هذا البروتوكول، نقدم بناء مختلفة، عالية السرعة، عالية الاستبانة الطيفية، ودقة برلين مطياف استناداً إلى الكشف عن الضوء (CW-SBS) continuous-وافي-حفز-برلين-نثر من غير عكره وعكر عينات في هندسة نثر قرابة الظهر.

في الأسلحة الكيميائية-SBS التحليل الطيفي، تتداخل كونتينووسوافي (CW) مضخة، ومسبار الليزر، detuned قليلاً في التردد، في عينة لحفز الموجات الصوتية. عندما تطابق تردد الفرق بين الحزم مضخة ومسبار صدى صوتية محددة المواد، التضخيم أو ديمبليفيكيشن من إشارة مسبار يتم توفيرها من قبل حفز بريلوين مكاسب أو خسائر العمليات (SBG/SBL)، على التوالي؛ وبخلاف ذلك، يحدث أي تضخيم SBS (de)8،9،،من1011. وهكذا، طيف SBG (SBL) يمكن اكتسابها من خلال مسح تردد الفرق بين الليزر عبر الأصداء برلين المادية والكشف عن الزيادة (النقصان)، أو الحصول (خسارة)، في كثافة التحقيق سبب SBS. خلافا في عفوية ونثر برلين، خلفية نثر مطاطا غائب أصلاً في SBS، تمكين التباين برلين ممتازة في عينات غير عكر عكر والخاص على حد سواء دون أي حاجة إلى مرشحات رفض رايليغ تشرف المطلوبة في مطيافات10،،من1113.

هي اللبنات الرئيسية من مطياف CW SBS الليزر مضخة والتحقيق وكشف برلين تحفز على الربح/الخسارة. للتحليل الطيفي عالية الاستبانة الطيفية، وارتفاع سرعة CW SBS، الليزر يجب أن تكون أحادية التردد (< لينيويدث 10 ميجاهرتز) مع ألواح واسعة بما فيه الكفاية للطول الموجي (20-30 GHz) ومعدل المسح الضوئي (> 200 جيجا هرتز/s)، الاستقرار الطويل الأمد في التردد (< 50 MHz/h) وكثافة منخفضة الضوضاء. وعلاوة على ذلك، أشعة الليزر مستقطبة خطيا وحيود محدودة مع سلطات مئات قليلة (عشرات) مطلوبة من أجل شعاع مضخة (المسبار) ميغاواط في العينة. وأخيراً، ينبغي تصميم كاشف بريلوين تحفز على الربح/الخسارة موثوق بها الكشف عن ضعف الخلف حفز بريلوين الربح/الخسارة (SBG/SBL) مستويات (10-5 -10-6) في المسألة الناعمة. ولتلبية هذه الاحتياجات، اخترنا ليزر صمام ثنائي التغذية المرتدة الموزعة (الاتحاد الألماني) بالإضافة إلى الحفاظ على الاستقطاب الألياف جنبا إلى جنب مع جهاز كشف الربح/خسارة برلين حفز الجمع ذرية الترا-ضيق بخار تصفية الشق وعالية تردد تعديل واحد قفل في مكبر للصوت كما هو موضح في الشكل 1. الزوجي هذا النظام الكشف عن كثافة إشارة SBG بينما إلى حد كبير الحد من الضوضاء في كثافة التحقيق، حيث إشارة SBG المطلوب هو مضمن11. لاحظ أن دور تصفية الشق بخار الذرية المستخدمة في مطياف SBS لدينا هو أن تقلل إلى حد كبير في الكشف عن تأملات مضخة طائشة غير المرغوب فيها بدلاً من انخفاض نثر مطاطا الخلفية كما هو الحال في مطيافات تشرف بالكشف عن كل رايليغ عفوية وبرلين متناثرة الضوء. استخدام البروتوكول بالتفصيل أدناه، يمكن بناؤها مطياف CW SBS مع القدرة على الحصول على انتقال أطياف أشباح الماء ونسيج مع SBG مستويات منخفضة تصل إلى 10-6 في < 35 ميغاهرتز برلين--تحول قياس الدقة و ضمن 100 مللي ثانية أو أقل.

Figure 1
رقم 1: كونتينووسوافي وحفز مطياف نثر (CW-SBS) برلين- تقترن اثنين كونتينووسوافي المضخة ومسبار صمام ثنائي ليزر (DL)، التردد detuned حول التحول في برلين العينة، إلى الحفاظ على الاستقطاب الألياف طريقة واحدة مع كوليماتورس جيم1 وجيم2، على التوالي. يتم قياس الفرق تردد المضخة-التحقيق عن طريق الكشف عن تكرار الفوز بين الحزم مقشرة من الليزر مضخة والتحقيق باستخدام مجموعة من الألياف شق (خ)، سرعة فوتوديتيكتور (FPD) وعداد تردد (FC). توسيع استخدام كيبليريان شعاع المتوسع (ل1 ول2)، حق دائري الاستقطاب بصفيحة ربع الموجه (λ14) شعاع مسبار الاستقطاب S (أحمر فاتح)، وركز على العينة (S) بعدسة achromatic (م3). SBS التفاعل الفعال وعزل البصري، شعاع مضخة (الأحمر العميق) وتوسيع نطاق استخدام موسع شعاع كيبليريان (ل5 وم6)، أول الأقطاب ف استخدام لوحة النصف موجه λ24)، ثم تنتقل من خلال استقطاب شعاع الخائن (PBS)، وأخيراً تركت دائري الاستقطاب بصفيحة ربع الموجه (λ24) وركزت على العينة مع عدسة achromatic (ل4؛ نفس ل3). ملاحظة أن عوارض مضخة ومسبار تقريبا مكافحة نشر في العينة وأن الليزر المستقطب المنحى S (P) واستخدمت للحيلولة دون دخول المسبار شعاع مضخة الاستقطاب P (الخروج من λ14). لقفل في الكشف، وشعاع مضخة هو التضمين سينوسويدالي fm مع المغير أكوستو ضوئية (أوم). إشارة SBG، يتبدى تغيرات كثافة في التردد fm (انظر الإطار الداخلي)، هو المسترجعة معقفل في مكبر للصوت (ليا) بعد الكشف عن مساحة كبيرة الضوئي (PD). كبير القضاء على تأملات مضخة الضآلة في الضوئي، تستخدم النطاق ضيق براج عامل تصفية (BF) وعامل تصفية الشق الذري (85م ع) حول الطول الموجي مضخة جنبا إلى جنب مع آيريس حجب الضوء (ط). ببطاقة اكتساب بيانات (دق) متصلة بجهاز كمبيوتر شخصي (PC) تسجيل البيانات لمزيد من تحليل الطيف بريلوين. وتستخدم جميع مرايا قابلة للطي (م1-M6) لتلائم والمطياف التوصيل '' × 24 '' 18 التي شنت عمودياً على الجدول الضوئية لتسهيل وضع عينات مائي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ملاحظة: ما لم ينص على خلاف ذلك، (ط) توصيل جميع يتصاعد لترحيل أصحاب وتشديد قواعد الوظيفة مع شوكة لقط أو قاعدة للجدول البصرية متزايدة، والإخراج (ثانيا) استخدام الليزر القوى من 2-10 ميغاواط لجميع إجراءات المواءمة.

ملاحظة: قم بتشغيل كافة الأجهزة الكهربائية/الإلكترونية البصرية في الإعداد والسماح 30 دقيقة للاحماء الساعة قبل الاستخدام.

1. إعداد "المسار البصري شعاع مسبار"

  1. جبل ومحاذاة صيد تلسكوب ألياف الليزر مسبار.
    1. توصيل الألياف الإدخال 33:67 FC/APC الاستقطاب--الحفاظ على الألياف الخائن (منفذ "تي خ" 1) إلى مقرنة ألياف الليزر التحقيق. قم بتوصيل الألياف 67%-إخراج المقسم الألياف (منفذ 1 خ 1) صيد تلسكوب الألياف (ج 1). إرفاق صيد تلسكوب الألياف إلى جبل حركية 6 محاور (Ø Ø من x، y، Ø ض، س، ص، ع). ضع عداد طاقة وراء صيد تلسكوب الألياف وتعظيم القوة من الليزر بضبط x, y و z مسامير المقرنة ألياف الليزر.
    2. تدوير صيد تلسكوب الألياف (أو العنصر البصري يكون الانحياز) لضبط الليزر والاستقطاب باتجاه الاستقطاب S، الذي هنا هو المتعامد مع مستوى الجدول البصرية. تأكيد أن شعاع الليزر S الاستقطاب عن طريق قياس انتقال الليزر (الحد الأقصى) الحد الأدنى (انعكاس) من خلال تقسيم شعاع مساعدة استقطاب مع مقياس طاقة.
    3. جبل قزحيات المحاذاة مساعدة اثنين ذروة متطابقة من الجدول الضوئية (3 ' ' في هذا الإعداد). لإكثار شعاع على طول المحور البصري للنظام وموازية للجدول البصرية، هذا الارتفاع ينبغي الإبقاء المستمر خلال المحاذاة للنظام بأكمله. ضع آيريس واحد في حفرة تصاعد جدول وراء صيد تلسكوب الألياف (أو العنصر البصري يكون الانحياز) في < مسافة 50 مم. ضع قزحية العين الثانية في حفرة تصاعد جدول تربطها علاقة خطية متداخلة بشكل كاف بعيدة عن قزحية العين الأولى (> 300 ملم)-
    4. محاذاة شعاع الإخراج صيد تلسكوب الألياف (أو العنصر البصري يكون الانحياز) على المحور البصري للنظام عن طريق ضبط x و y، Ø x و Ø y مسامير على جبل الحركية حتى شعاع الليزر متحدة المركز إلى مركز لكلا القزحيات.
  2. إعداد المتوسع شعاع كيبليريان.
    1. جبل عدسة (L 1، و 1 = 25 مم) في جبل ضوئية ثابتة.
      2. جبل
    2. هما مساعدة محاذاة قزحيات باتباع الإجراء المنصوص عليه في 1.1.3. ضبط ناعما الموضع الأفقي وزاوية الملعب للعدسة حيث أن الحزم المرسلة متحدة المركز إلى مركز كلا قزحيات.
    3. جبل عدسة ثاني (م 2، و 2 = 50 ملم) في جبل ضوئية ثابتة. إرفاق جبل الوظيفة الأساسية إلى مرحلة متعدية خطي محاذاة المحور البصري للنظام. ضع المرحلة تكون العدسة على مسافة + و 1 و 2 من العدسة الأولى. قم بمحاذاة العدسة كما هو موضح في 1.2.2-
    4. المكان القص السابر وراء العدسة الثانية للتأكد من أن الحزم هو وتحديدالمنطقه. ترجمة العدسة الثانية على المحور البصري للنظام حتى هامش التدخل المنتجة موازية لخط مرجعي وقضت على لوحة الناشر من السابر الإمالة.
  3. أمثال شعاع الإخراج من المتوسع شعاع. جبل مرآة (م 1) في جبل حركية مع الملعب (Ø س)
    1. وياو التعديلات (Ø y). توجيه المرأة لتكون 45 س فيما يتعلق بالمحور البصري على طول عناصر ج 1-ل 1-ل 2-
      2. جبل
    2. هما مساعدة محاذاة قزحيات باتباع الإجراء المنصوص عليه في 1.1.3. ضبط Ø x ومسامير ص Ø جبل مرآة حتى الشعاع المنعكس متحدة المركز إلى مركز كلا قزحيات تعرف المحور البصري للنظام-
  4. إعداد البصريات الإضاءة عينة- لوحة الموجه ربع
    1. جبل أمر صفر (λ 1/4) في 6-محاور حركية جبل (Ø Ø من x، y، Ø ض، س، ص، ع) على مسافة حوالي 150 مم من النسخة المتطابقة للطي (م 1)، تاركاً الحصول على مساحة كافية لوضع المستقطب (ع) قبل وافيبلاتي كما هو موضح في 2.7. تدوير في وافيبلاتي من 45 س بالنسبة لها محور سريع تسفر عن حالة استقطاب دائري.
    2. جبل عدسة تركيز (م 3، و 3 = 30 ملم) في جبل وافيبلاتي نفس الحركية. محاذاة الحزم المرسلة من خلال العدسة باتباع الإجراء المنصوص عليه في 1.1.3-4-
  5. إعداد البصريات جمع العينة.
    1. جبل جبل حركية 6 محاور (Ø Ø من x، y، Ø ض، س، ص، ع) إلى فارق المرحلة متعدية الخطي على مسافة حوالي 60 ملم من عدسة التركيز (م 3). جبل صفيحة ربع الموجه صفر-أمر (λ 2/4) في جبل الحركية. تدوير في وافيبلاتي من 45 س بالنسبة لها محور سريع وتأكيد أن شعاع الليزر الاستقطاب S باتباع الإجراء المنصوص عليه في 1.1.2-
    2. جبل عدسة مجموعة (ل 4، و 4 = 30 ملم) في جبل وافيبلاتي نفس الحركية. قم بمحاذاة الحزم المرسلة من خلال العدسة باتباع الإجراء المنصوص عليه في 1.1.3-4. تأكيد أن الشعاع هو وتحديدالمنطقه كما هو موضح في 1.2.4-
    3. جبل مكعب شعاع الخائن استقطاب (PBS) على جبل حركية مع الملعب (Ø x) وياو (Ø y) التعديلات ووضعه خلف وافيبلاتي (كما هو موضح في الشكل 1). جبل قزحيات الإضافية المحاذاة اثنين باتباع الإجراء المنصوص عليه في 1.1.3. ضبط Ø x ومسامير ص Ø جبل شعاع الخائن حتى الشعاع المنعكس متحدة المركز إلى مركز كلا قزحيات تعرف المحور البصري للنظام-

2. إعداد "مسار بصري شعاع مضخة"

  1. جبل ومحاذاة صيد تلسكوب ألياف الليزر مضخة. الليزر
    1. توصيل الألياف المنفذ تضخيم مضخة لصيد تلسكوب الألياف (ج 2). جبل، ومحاذاة صيد تلسكوب ألياف الليزر مضخة كما هو موضح في 1-1-3-4-
  2. ضبط الطول الموجي مضخة إلى D2 روبيدويم-85 و ز = 3 استيعاب الخط.
    1. وضع خلية بخار روبيديوم 85 وراء صيد تلسكوب ألياف الليزر مضخة (ج 2)-
      2. يوضع
    2. فوتوديتيكتور مساعدة وراء الخلية بخار لقياس انتقال شعاع المضخة عن طريق الخلية. الاتصال فوتوديتيكتور للذبذبات. اضغط ' Autoset ' زر على الذبذبات تلقائياً لتعيين تتبع الوقت والسعة من إشارة قراءات من فوتوديتيكتور.
    3. تعيين الطول الموجي الليزر خشنا إلى الروبيديوم خط امتصاص D2، 780.24 شمال البحر الأبيض المتوسط، عن طريق تشغيل مفتاح درجة الحرارة المراقب المالي إلى مستوى حيث نقل الضوء الحد الأدنى يقاس من خلال خلايا الروبيديوم (photodetector مساعدة الليزر راجع الخطوة 2.2.2). ضبط درجة حرارة الليزر على مستوى المحددة.
    4. توصيل الناتج من مولد دالة لإدخال التعديل الحالية لوحدة تحكم الليزر مضخة.
    5. تطبيق موجه مثلث من مولد دالة لإدخال التعديل الحالي لوحدة تحكم الليزر لمسح الليزر الطول الموجي ببطء عبر 60 م (30 غيغاهرتز). وتحقيقا لهذه الغاية، اضغط ' "حدد قناة" ' زر على مولد الدالة وحدد القناة 1. التالية، اضغط ' المنحدر ' الزر، ثم ' مستمر ' الزر لتعيين القناة لإنتاج الموجي مثلث. الصحافة ' السعة ' زر اختصار لتعيين السعة الموجي للصوت 2.25 (ذروة إلى ذروة الجهد) ' التردد/الفترة ' زر اختصار لتعيين التردد الموجي إلى 5 ميغاهرتز. وأخيراً، اضغط ' على ' الزر لتشغيل قناة مولد دالة.
    6. تحديد أكبر قدر من الدقة المستوى الحالي الذي يجمع الطول الموجي مضخة إلى D2 روبيديوم-85 و ز = 3 استيعاب الخط عن طريق قياس الحد الأدنى نقل الضوء من خلال الخلية الروبيديوم استخدام photodetector الإضافية (انظر الخطوة 2.2.2). تعيين الليزر الحالية إلى مستوى التي تم تحديدها عن طريق تحويل مقبض الحالي على وحدة التحكم بالليزر. إزالة الخلية الروبيديوم و photodetector الإضافية. وأخيراً، قطع مولد دالة الإدخال التعديل الحالي لوحدة تحكم الليزر.
  3. جبل ومحاذاة التصفية تنظيف الليزر-خط-
    1. مكان الليزر-خط تنظيف عامل تصفية (يعكس راج؛ فرنك بلجيكي) في الحركية جبل بأرض الملعب (Ø x) والسيد ياو (Ø y) تعديلات على مسافة 250 ملم من صيد تلسكوب الألياف (ج 2)-
    2. مكان سلطة متر في مسار انتقال (انعكاس) بصري لعامل التصفية، والتقليل إلى أدنى حد (تكبير) قوة شعاع عن طريق تناوب عامل التصفية في محور الملعب لتطابق زاوية الإدخال براج (8 س في هذا الإعداد). ضبط دقة Ø x ومسامير ص Ø جبل الحركية لتحسين المواءمة.
    3. إضعاف الشعاع ينعكس قبالة عامل التصفية مرة أخرى باتجاه مواز لأن الشعاع في عامل تصفية الإدخال باستخدام اثنين من المرايا (م 2، م 3) التي شنت على الحركية يتصاعد مع الملعب وياو التعديلات.
      4. جبل
    4. هما مساعدة محاذاة قزحيات باتباع الإجراء المنصوص عليه في 1.1.3. ضبط Ø x و Ø y مسامير من كل مرآة يتصاعد حتى الشعاع المنعكس من المرأة الثانية متحدة المركز إلى مركز كلا قزحيات تعرف المحور البصري للنظام-
  4. جبل ومحاذاة الكهرومغناطيسية الضوئية-أكووستو-
    1. جبل ومحاذاة عدسة (ل 5، و 5 = 100 مم) تركيز شعاع مضخة في المغير أكوستو ضوئية (أوم) كما هو موضح في 1.2.2. بعد الغذاء العدسة، إزالة بلطف عدسة ل 5 من جبل قبل وضع أوم تجنبا للأضرار التي لحقت أوم-
      2. جبل
    2. أوم على منصة 5-محاور (Ø Ø من x، y، x، y، z) على مسافة حوالي 100 مم من عدسة التركيز (م 5). التأكد من أن نشر شعاع مضخة من خلال نافذة مدخل المغير الاستقطاب S (انظر 2.1.2) لتحسين أداء مضمن.
      3. الاتصال
    3. إخراج السائق المغير الترددات اللاسلكية لمدخلات الترددات الكهرومغناطيسية استخدام كبل coaxial 50-Ω. قم بتشغيل برنامج التشغيل واضغط ' وضع ' زر في برنامج التشغيل حيث أن المغير أكووستو الضوئية يعمل في وضع كونتينووسوافي.
    4. وضع مقياس طاقة وراء الإخراج المغير لقياس قوة شعاع ديفراكتيد الدرجة الأولى فقط. ضبط زاوية راج المغير تعظيم قوة شعاع ديفراكتيد في الدرجة الأولى عن طريق تناوب المغير في محور الملعب (Ø x)-
      5. فينيليثي
    5. تغيير موضع تركيز العدسة (م 5) في جبل لتركيز شعاع مضخة في المغير وتحقيق الوقت المطلوب سريعة الارتفاع/سقوط (10 نانوثانية ~ 50 ميكرومتر شعاع قطرها التركيز في هذا الإعداد). ضبط x، y، z، Ø x ومسامير ص Ø منهاج تصاعد المغير تعظيم قوة شعاع ديفراكتيد الدرجة الأولى-
    6. إضعاف الشعاع في الإخراج المغير باتجاه مواز للشعاع في المغير الإدخال باستخدام اثنين من المرايا (م 4، م 5) التي شنت على الحركية يتصاعد مع الملعب (Ø x) والتعديلات (Ø y) ياو ووصف في 2.3.3-4-
    7. جبل ومحاذاة عدسة ثانية (ل 6، و 6 = 200 ملم) على مسافة و 5 + و 6 من عدسة التركيز في المغير الإدخال إلى كلمات شعاع مضخة التضمين كما هو موضح في 1.2.3-4. هذه العدسة جنبا إلى جنب مع التركيز العدسة في نموذج الإدخال المغير المتوسع شعاع كيبليريان لشعاع مضخة، مطابقة المضخة والتحقيق في أقطار شعاع قبل التركيز على العينة (S)-
  5. إقامة مضخة البصريات فالاستقطاب. جبل صفر-ترتيب لوحة نصف الموجه (λ/2) في جبل تناوب. مكان وافيبلاتي وراء العدسة الثانية من المتوسع شعاع كيبليريان لشعاع مضخة (م 6). تدوير وافيبلاتي لضبط الشعاع باتجاه الاستقطاب P، الذي هو هنا موازية للطائرة الجدول البصرية. التأكد من أن شعاع الليزر ف الاستقطاب عن طريق قياس انتقال الليزر (الحد الأدنى) كحد أقصى (انعكاس) من خلال تقسيم شعاع مساعدة استقطاب مع مقياس طاقة.
  6. تجليد وجانبيا تحول الشعاع في إخراج وافيبلاتي. جبل مرآة (م 6) في جبل حركية مع الملعب (Ø س)
    1. والسيد ياو (Ø y) تعديلات على مسافة 50 مم من لوحة نصف الموجه (λ/2). إرفاق قاعدة الوظائف جبل الحركية إلى مرحلة متعدية خطي محاذاة المحور البصري للنظام. توجيه المرأة لتكون 45 س فيما يتعلق بالمحور البصري على طول العناصر λ/2-برنامج تلفزيوني-
      2. شعاع
    2. الشعاع المنعكس من المرأة والاستقطاب محاذاة التقسيم كما هو موضح في 1.3.1-2. التأكد من أن مضخة الحزم المرسلة من خلال التقسيم شعاع الاستقطاب تربطها علاقة خطية متداخلة مع المسار البصري شعاع التحقيق باستخدام ليزر عرض بطاقة
    3. ترجمة النسخة المتطابقة من 3 مم في اتجاه عمودي على المحور البصري من العدسات تركز التحقيق مضخة (L 4-ل 3) لإنتاج إضاءة المضخة خارج المحور من العينة (S) يقلل من انعكاسات مضخة طائشة.
  7. إقامة مضخة حجب البصريات في مسار التحقيق الضوئية. جبل المستقطب خطي (P) في جبل تناوب. ضع المستقطب بين مرآة قابلة للطي (م 1)، وفي وافيبلاتي الأولى (λ 1/4) في مسار التحقيق الضوئية، حوالي 75 مم من كل عنصر من هذه العناصر. استدارة المستقطب التقليل إلى أدنى حد (تكبير) انتقال شعاع مضخة (التحقيق)-

3. إعداد المخطط للكشف عن Detuning تردد المضخة و "مسبار الليزر"

  1. إعداد الألياف البصرية للتحقيق وضخ الليزر.
    1. توصيل الألياف الإدخال من 50: 50 FC/APC الاستقطاب--الحفاظ على الألياف الخائن (منفذ 1 خ 2) إلى مقرنة الألياف ميناء غير تضخيم الليزر المضخة. توصيل الألياف 33%-إخراج المقسم الألياف مسبار (منفذ 2 خ 1) للألياف إدخال 50% من التقسيم الألياف مضخة (منفذ 2 خ 2) استخدام التزاوج كم.
    2. قياس الطاقة الضوئية في الألياف إخراج المقسم الألياف المضخة 50: 50 (منفذ "تي خ" 2) مع مقياس طاقة، والتأكد من أن إجمالي الطاقة الضوئية < 10 ميغاواط لمنع تشبع فوتوديتيكتور إلى جانب الألياف (FPD). توصيل الألياف إخراج المقسم الألياف المضخة 50: 50 (منفذ "تي خ" 2) إسهام photodetector عالية السرعة إلى جانب الألياف.
  2. قم بتوصيل موصل ك الذكور من photodetector السريع مباشرة إلى موصل أنثى ك الفرقة غيغاهرتز من التكرار الموجات الدقيقةأوينسي العداد (FC).

4. تعيين يصل حفز بريلوين الربح/الخسارة "كاشف"

  1. تعد الخلية بخار روبيديوم-85- خلية
    1. التفاف الكامل مع لوحة موصل حرارياً. لف شريط حرارة حول حواف الخلية. مكان الحرارية في مركز الخلية لرصد درجة حرارة التدفئة. ضمان أن الحرارية لا تلمس الشريط الحرارة. الاتصال الحرارية بمقياس حرارة درجة حرارة الخلية وتلا.
    2. التفاف الخلية بأكملها مع شريط تترافلوروايثيلين للاحتفاظ بالشريط الحرارة والحرارية في أماكنهم وعزل حرارياً الخلية من البيئة. إجازة نهاية الشريط الحرارة دون عائق عند الحواف. سلك يؤدي اثنين من الشريط الحرارة إلى الخامس 0-30، 5 "بالعاصمة" إمدادات الطاقة-
      3. جبل
    3. في الخلية في انعكاس مسار بصري التقسيم شعاع الاستقطاب (PBS). ضمان أن شعاع المسبار عدد مرات تصفح الموقع وسط الخلية.
    4. جبل قزحية (ط) قبل الخلية. فتح القزحية بحيث يمكن تمرير شعاع مسبار تماما من خلال. هذا آيريس ويساعد في التقليل من انعكاسات مضخة طائشة.
  2. أنشئت في فوتوديتيكتور-
    1. مكان فوتوديتيكتور (PD) وراء الروبيديوم الخلية. Photodetector، يقع في مربع ألومنيوم، وتضم الضوئي مساحة كبيرة وعامل تصفية المنخفضة تمرير اتفاقية روتردام محلية صنع (R = 1 kΩ، C = 0.1 µF) الذي يقلل من ضوضاء الجهد انحياز عكسي. ضمان أن شعاع المسبار عدد مرات تصفح الموقع مركز الضوئي استخدام ليزر عرض بطاقة
    2. توصيل طرفية الكاثود الضوئي الخامس 0-30، 5 "بالعاصمة" إمدادات الطاقة باستخدام كبل coaxial 50 Ω. تطبيق تحيز عكس 25 الخامس، عن طريق تحويل مقبض الجهد على الإمداد بالطاقة، حيث أنه يدار الضوئي في وضع المكبسلة لكشف عالية التردد.
  3. إعداد القفل في مكبر للصوت-
    1. الاتصال فوتوديتيكتور إلى 50Ω محوري منخفضة تمرير مرشح (قائمة بيم فورتين) من عرض النطاق الترددي 1.9 MHz استخدام كبل coaxial 50 Ω. الاتصال إخراج فورتين متحد المحور مباشرة لإدخال إشارة قفل في مكبر للصوت (ليا). اضغط ' سيج زي "في" ' زر مكبر للصوت في سجن لتعيين الإشارة الإدخال مقاومة من مكبر للصوت في سجن إلى 50Ω.
      2. إدخال
    2. قناة الاتصال 1 مولد الدالة على الإشارة لقفل في مكبر للصوت باستخدام كبل coaxial 50 Ω. اضغط ' "حدد قناة" ' زر على مولد الدالة وحدد القناة 1. التالية، اضغط ' جيب ' الزر، ثم ' مستمر ' الزر لتعيين القناة لإنتاج الموجي جيبية. الصحافة ' السعة ' زر اختصار لتعيين السعة الموجي للصوت 0.7 ' التردد/الفترة ' زر اختصار لتعيين التردد الموجي إلى f m = 1.1 ميغا هرتز.
    3. قناة الاتصال 2 مولد دالة للخارجية التناظرية مدخلات لبرنامج التشغيل المغير أكوستو الضوئية باستخدام كبل coaxial 50 Ω. اتبع الإجراء في 4.3.2 لضبط الصوت 1، و m = 1.1 ميغا هرتز الموجي جيبية على القناة 2-
    4. الصحافة ' في ' زر على مولد دالة لتشغيل القنوات 1 و 2 وقفل المرحلة العلاقة بينهما عن طريق دفع ' "محاذاة المرحلة" ' زر إطار تثبيت الشاشة على مولد الدالة.
    5. التبديل ' وضع ' زر تشغيل المغير أكوستو الضوئية إلى ' عادي ' الدولة. شعاع مضخة وهو الآن بصريا التضمين في f m = 1.1 ميغا هرتز-

5. الاستعدادات النهائية للنظام والأداء الأمثل

  1. إعداد الحصول على البيانات unit.
    1. الاتصال التناظرية إخراج عداد تردد الموجات الدقيقة (FC) إلى واحد التناظرية مدخلات وحدة اقتناء البيانات (دق) باستخدام كابل متحد المحور. الصحافة ' لجنة المساعدة الإنمائية '، ' 1 ' و ' 0 ' الأزرار في عداد تردد لتعيين دقة قراءات التردد إلى 10 ميغا هرتز. وترصد هذه القناة detuning تردد المضخة-التحقيق-
    2. الاتصال ' X ' الإخراج لقفل في مكبر للصوت (ليا) التناظرية مدخلات الثانية من وحدة الحصول على البيانات باستخدام كبل coaxial. الصحافة ' إخراج ' زر من ' X ' القناة على مكبر للصوت في سجن لتنشيط القناة. استخدام شاشات قناة هذا المكسب بريلوين حفز (SBG) إشارة مستوى.
      3. تقسيم
    3. قناة إخراج من مولد الدالة إلى قناتين منفصلتين باستخدام موصل BNC المحملة. قم بتوصيل قناة واحدة لإدخال التعديل الحالي المراقب مسبار الليزر والقناة الثانية التناظرية مدخلات الثالثة للوحدة الحصول على البيانات باستخدام الكابلات المحورية. استخدام هذه القناة الثانية للحصول على إشارة التعديل الحالية من مسبار الليزر.
      4. الاتصال
    4. إخراج وحدة اقتناء البيانات USB بجهاز كمبيوتر. كتابة برنامج في حزمة برامج اقتناء بيانات تصور وتسجيل الإشارات المذكورة أعلاه من بيانات وحدة اقتناء 14-
  2. جبل عينة مياه في غرفة قياس.
    1. ملء الصفحة الرئيسية--بنيت قاعة 500 ميكرومتر سميكة الزجاج مع الماء المقطر. الدائرة يضم اثنين جولة 25 مم قطر 0.17 ملم الزجاج السميك كوفيرسليبس متباعدة بشريط 500 ميكرومتر سميكة تترافلوروايثيلين.
      2. جبل
    2. حامل دائرة في مرحلة ترجمة إليه 3-المحور. ضع دائرة القياس في الحامل وترجمة ذلك إلى نقطة التركيز المشترك على التحقيق ومضخة تركز العدسات (ل 3 ول 4، على التوالي) باستخدام مرحلة يجهز.
  3. الحرارة الخلية روبيديوم.
    1. ارتداء نظارات سلامة الليزر 780 نانومتر استخدام الليزر. زيادة قوة الليزر مضخة للحصول على > 250 ميغاواط في العينة التي تحول مقبض الباب الحالي على وحدة تحكم مدبب مكبر للصوت وقياس قوة قبل العينة مع مقياس طاقة.
      2. S
    2. مجموعة وقت ثابت لقفل في مكبر للصوت (ليا) إلى 1 بالضغط ' "علوية/سفلية تسوية" ' الأزرار على قفل في مكبر للصوت. تعيين مرشح تمرير منخفض لقفل في مكبر للصوت إلى 24 dB/أكتوبر عن طريق دفع ' "أعلى/لأسفل المنحدر تصفية" ' الأزرار. تعيين الحساسية قفل في مكبر للصوت إلى مفرمس 1 بالضغط ' Sens علوية/سفلية ' الأزرار. استخدم الدالة المرحلة محاذاة لقفل في مكبر للصوت لضبط مرحلة التحول بين المدخلات إشارة وإشارة من مكبر للصوت إلى الصفر عن طريق دفع ' التحول ' و ' المرحلة ' الأزرار.
    3. رصد انعكاسات مضخة طائشة بمراقبة قراءات على ' X ' قناة لقفل في مكبر للصوت.
    4. عودته الطول الموجي مضخة إلى 2 و د روبيدويم-85 ز = 3 استيعاب الخط بلطف تحول مقبض الباب الحالي على وحدة ليزر الحصول قراءات انعكاس مضخة طائشة الحد أدنى على ' X ' قناة لقفل في مكبر للصوت.
      5. العرض
    5. "الخامس 17 تعيين" DC على القوة متصلة بالشريط الحرارة الاحماء الخلية الروبيديوم إلى 90 س جيم الانتظار بضع دقائق حتى تستقر قراءات ميزان الحرارة على درجة حرارة الخلايا المطلوب. ملاحظة: لاحظ قراءات إشارة على ' X ' سرعة ينبغي إسقاط قناة لقفل في مكبر للصوت أثناء التسخين (بسبب الارتفاع الكبير في امتصاص الخلية).
  4. قياس الإشارات SBG في المياه على النحو الأمثل.
    1. زيادة قوة الليزر التحقيق للحصول على > 10 ميغاواط في العينة التي تحول مقبض الباب الحالي على وحدة الليزر وقياس قوة قبل العينة مع مقياس طاقة.
    2. خشنا ضبط الطول الموجي المسبار إلى D2 روبيدويم-85 و ز = 3 استيعاب الخط قبل تشغيل مفتاح درجة الحرارة المراقب المالي مسبار الليزر وقياس مستوى طاقة ليزر دنيا وراء الخلية الروبيديوم مع مقياس طاقة.
      3. <لي > ناعما ضبط الطول الموجي التحقيق أن تكون أطول من الطول الموجي المضخة عن طريق تحويل مقبض الحالي على وحدة الليزر التحقيق حتى > 10 ميغاواط، ثابتاً تقريبا، الليزر السلطة يتم قياس مستويات وراء الخلية الروبيديوم مع مقياس طاقة. ملاحظة: إذا كان الطول الموجي المسبار أقصر من الليزر المضخة، ثم عصابات امتصاص إضافية للخلية روبيديوم-85 إلى حد كبير الحد من سلطة التحقيق في إخراج الخلايا.
    3. تعيين تواتر detuning بين الليزر مضخة والتحقيق بحيث تتطابق مع التحول برلين للمياه (~ 5 غيغاهرتز) تحول مقبض الباب الحالي على وحدة الليزر التحقيق ومراقبة التردد detuning قراءات في عداد تردد (FC). ملاحظة: للسلبية (الإيجابية) الدرجة الأولى ديفراكتيد شعاع، قراءات هذه يجب أن يكون أكبر (أصغر) من تحول برلين RF القيادة الترددات الكهرومغناطيسية الضوئية-أكوستو (210 ميغاهيرتز في هذا الإعداد).
    4. تعيين الحساسية قفل في مكبر للصوت إلى 100 µVrms وضبط مرحلة التحول بين المدخلات إشارة وإشارة من مكبر للصوت إلى الصفر باتباع الإجراء المنصوص عليه في 5.3.3-
    5. تحسين كفاءة عبور الحزم مضخة والتحقيق بضبط (ط) ناعما Ø x ومسامير ص Ø جبل الحركية لمرآة قابلة للطي لشعاع مضخة (م 6)، وترجمة (ثانيا) قليلاً مضخة تركز العدسة (L 4) على طول المحور البصري للنظام-
    6. أن تكفل إشارة أعلى قراءات على ' X ' قناة لقفل في مكبر للصوت يؤدي غالباً من إشارة SBG زيادة (بدلاً من انعكاسات مضخة طائشة) بحجب شعاع المسبار وقياس مستويات دون تغيير مضخة طائشة تأملات في ' X ' قناة لقفل في مكبر للصوت.
    7. كرر الخطوات 5.4.6-7 حتى تصل إلى إشارة SBG كحد أقصى (> 2 µVrms)، مع إبقاء تأملات مضخة طائشة بمستوى الحد أدنى دون تغيير-

6. قياس وتحليل الطيف SBG

  1. إنشاء منحنى معايرة لمسبار التحوير الحالية مقابل مضخة-مسبار تردد detuning.
    1. تعيين detuning التردد بين الليزر مضخة والتحقيق إلى 5 غيغاهرتز (حول التحول برلين للمياه) عن طريق تحويل مقبض الحالي على وحدة تحكم مسبار الليزر.
    2. الصحافة ' RES ' و ' 5 ' الأزرار في عداد تردد الموجات المتناهية القصر (FC) لتعيين الوقت بوابة إلى 1 مللي ثانية، توفير أخذ عينات فاصل زمني من 100 مللي ثانية بين التردد على التوالي detuning القياسات. تطبيق موجه مثلث لإدخال التحوير الحالية لوحدة تحكم الليزر التحقيق باتباع الإجراء المنصوص عليه في 2.2.5 مع معلمات السعة والتردد الموجي من 150 مفب و 50 ميغاهرتز، على التوالي. هذا سوف يسمح لفحص الطول الموجي التحقيق ببطء (ومن ثم تواتر مضخة-مسبار detuning) عبر غيغاهرتز 2.
    3. تعيين معدل أخذ العينات لوحدة اقتناء البيانات (دق) إلى 100 عينات/s/القناة وسجل detuning تردد المضخة-التحقيق والتحقيق الإشارات الحالية التحوير ليزر من وحدة اقتناء البيانات ل 20 ثانية (أكثر من 4-6 غيغاهرتز) باستخدام البيانات المكتوبة بالصفحة الرئيسية برنامج اقتناء.
    4. تحميل بيانات القياس في أحد البرامج الحاسوبية. احتواء البيانات detuning تردد المضخة-التحقيق مع نموذج خطي. لاحظ أنه من الممكن أيضا استخدام نوبة متعدد الحدود من مرتبة أعلى (بسبب غير خطية تواتر مضخة-مسبار detuning القياسات). تناسب أيضا الليزر مسبار تعديل البيانات الحالية مع نموذج خطية-
    5. إنشاء منحنى المعايرة بتخزينها في أحد البرامج الحاسوبية تواتر مضخة-مسبار detuning عينات عينات ملائمة كدالة لتحوير التحقيق الحالي يصلح.
  2. قياس طيف SBG سرعة عالية-
    1. جبل العينة قيد الاختبار (S)، على سبيل المثال، المقطر المياه المستخدمة في التجارب، كما هو موضح في 5.2.1-2. كرر الخطوات 5.4.1-8-
    2. تعيين ثابت وقت قفل في مكبر للصوت (ليا) إلى ≥ المايكروثانيه 100 بالضغط ' "علوية/سفلية تسوية" ' الأزرار على قفل في مكبر للصوت. تطبيق موجه مثلث لإدخال التحوير الحالية لوحدة تحكم الليزر التحقيق باتباع الإجراء المنصوص عليه في 2.2.5 مع معلمات السعة والتردد الموجي من 150 مفب و 50 هرتز، على التوالي. هذا سوف يسمح لتفحص سرعة المسبار الطول الموجي (ومن ثم تواتر مضخة-مسبار detuning) عبر 2 غيغاهيرتز.
    3. تعيين معدل أخذ العينات لوحدة اقتناء البيانات (دق) إلى ≤ 100000 عينات/s/القناة وسجل في SBG والتحقيق بالليزر التحوير الإشارات الحالية من وحدة اقتناء البيانات ≥ 10 مللي ثانية (أكثر من 4-6 غيغاهرتز) باستخدام البيانات المكتوبة بالصفحة الرئيسية برنامج اقتناء.
  3. تصور وتحليل الطيف SBG-
    1. تحميل بيانات القياس المسجلة في 6.2.6 في أحد البرامج الحاسوبية-
    2. تحويل مسبار قياس الليزر تعديل القيم الحالية لتردد المضخة-مسبار detuning القيم بتحديد هذه القيم في منحنى المعايرة المخزنة في 6.1.5-
    3. طرح الكلمة الضجيج المتوسط من الطيف وتصور الطيف SBG بالتآمر القياسات SBG ضد تردد المضخة-مسبار detuning القيم.
    4. تناسب الطيف مع منحنى لورينتزيان. ل guess الأولية للمعلمات لورينتزيان، استخدام السعة وموقف التردد وعرض كامل بنصف نقطة أعلى من الطيف.
    5. حساب التحول برلين ولينيويدث من العينة التي تم اختبارها بواسطة استرداد موقف التردد كحد أقصى وعرض كامل في النصف-الحد الأقصى لتناسب لورينتزيان، على التوالي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

الأرقام 2 و 3 عرض نموذجي الأطياف SBG نقطة من الماء المقطر والأنسجة الدهنية مستحلب قياس العينات الوهمية (مع 2.25 نثر الأحداث ومعامل توهين من 45 سم-1) ضمن 10 مللي ثانية و 100 مللي ثانية، على التوالي. للمقارنة، قمنا بقياس الأطياف SBG في 10 s كما هو موضح في الأرقام 2 ألف و 3 ألف. في هذه القياسات، كانت ساخنة الخلية بخار روبيديوم 85 إلى 90 درجة مئوية لتخفيف انعكاسات مضخة طائشة ~ 104 وتحيل > 95% ضوء التحقيق؛ المستويات التي تم الاحتفاظ بها مستقرة لأكثر من ح11. أيضا، في القرار المكانية، المعرفة هنا كالعرض الكامل الأفقي في النصف-الحد أقصى SBS كثافة الكشف عن من التركيز، قدرت بحوالي 8 ميكرومتر10. يعني تحولات برلين التي تم الحصول عليها من الأطياف المكتسبة بسرعة في الماء والأنسجة أشباح كانت 5.08 جيجاهرتز و 5.11 GHz، على التوالي. هذه التقديرات تحول برلين مماثلة لتلك التي تحسب من الأطياف التي سجلت في 10 ق وإلى برلين المنشورة سابقا عينات البيانات من مائي9،،من1011. إظهار insets في الأرقام رسوم بيانية تقديرات تحول برلين تم استردادها من 200 قياسات متتالية من الأطياف SBG. تم تقييم دقة التحول بريلوين التي تم الحصول عليها فيما يتعلق بالانحراف المعياري لتوزيع غاوسي يصلح للتوزيع تحول بريلوين الملاحظة. وتم الحصول على الانحرافات المعيارية من 8.5 ميجاهرتز و 33 ميجاهرتز في عينات الماء ونسيج الوهمية، تمثل بدقة قياس عالية للكشف عن بعض التغييرات الطفيفة في ميكانيكا المواد. على الرغم من أن مستوى طاقة المضخة المستخدمة هنا عالية (~ 250-270 ميغاواط)، تدفئة بسبب امتصاص المياه في 780 نانومتر وكان يقدر أن < ك 0.53، وهكذا يمكن إهمال في العينات المائية المستخدمة في هذا العمل10. وعلاوة على ذلك، لا عدم الاستقرار القصيرة الأجل من أطياف SBG لعينات المياه ومستحلب الدهن لوحظ خلال 120 s تعرض المستمر للعينات لمستويات الطاقة هذه.

Figure 2
رقم 2: برلين حفز كسب الأطياف (SBG) "للمياه"- أطياف SBG الممثل للمياه التي اكتسبها في s () 10) و (ب) 10 السيدة النقاط والوقوف خطوط متصلة لقيم القياس ويناسب لورينتزيان، على التوالي. إظهار insets المدرج الإحصائي المقابلة برلين تحول التقديرات المتعلقة بالمياه. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3: برلين حفز كسب الأطياف (SBG) "من الأنسجة أشباح". SBG الممثل أطياف أشباح الأنسجة الدهنية مستحلب (مع 2.25 نثر الأحداث ومعامل توهين من 45 سم-1) المكتسبة في s () 10) و (ب) 100 السيدة نقاط وخطوط متصلة تدل على قيم القياس و يناسب لورينتزيان، على التوالي. إظهار insets المدرج الإحصائي المقابلة بريلوين تحول تقديرات من الأنسجة الوهمية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

تم تصميم النظام، هو مبين في الشكل 1، أن يكون مبنيا على '' 18 x 24 إنش التوصيل التي يمكن تركيبها عمودياً على طاولة بصرية، تيسير إيداع عينات مائي. كنتيجة لذلك، من المهم بشدة تشديد جميع العناصر البصرية والميكانيكية والتأكد من وجود عوارض مضخة ومسبار تربطها علاقة خطية متداخلة ومتحدة مع العناصر المختلفة قبل إلقاء الضوء على العينة في هندسة خارج المحور.

صعوبات في مراقبة بريلوين حفز الحصول على إشارة قد تحدث بسبب انعكاسات مضخة طائشة المفرط هذا القناع كسب بريلوين ضعيفة من عينات المائي (~ 10-6). لمعالجة هذه الصعوبات المحتملة، التأكد أولاً أن يتم وضع الدائرة في نقطة التركيز المشترك للتحقيق ومضخة تركز عدسات (ل3 ول4، على التوالي). ثم إغلاق قليلاً القزحية (ط) توضع قبل الخلية روبيديوم و/أو ترجمة مرآة قابلة للطي لشعاع مضخة (م6) لمواصلة القضاء على الكشف عن تأملات مضخة طائشة قليلاً. لاحظ أن هذه الإجراءات سوف أيضا انخفاض إشارة بريلوين، ولكن قد توفر نقطة انطلاق أفضل للكشف عن إشارة بريلوين حفز على تحقيق مكاسب في المياه. إذا كانت الإشارة لا يزال لم يتم الكشف عن، استخدام الميثانول أو ثنائي كبريتيد الكربون، التي تملك برلين أقوى بكثير من كسب من المياه8،10. وبدلاً من ذلك، من الممكن لقياسات العينات غير عكر، استخدام الدوائر الزجاج أكثر سمكا (عشر مرات [كنفوكل] المعلمة ل3/l:4) التي تقلل إلى حد كبير في الكشف عن تأملات مضخة طائشة.

في البروتوكول، ووصفت لنا قياسات عالية السرعة لحفز برلين كسب الأطياف أكثر من 2 جيجاهرتز. بسط القياسات على عرض نطاق ترددي أكبر (على سبيل المثال، في عينات مع عدة تحولات تردد برلين مفصولة > 1 غيغاهرتز)، من الضروري لإنتاج منحنى معايرة لتحوير التحقيق الحالي ضد detuning التردد الموسعة نطاق الليزر مضخة والتحقيق. وحبذا لو، وينبغي تصحيح هذا المنحنى لغير خطية صغيرة من الاجتياح تردد الليزر مع التعديل الحالي. وبدلاً من ذلك، يمكن أن تكون متكاملة أنظمة الرصد السريع ل detuning تردد المضخة-مسبار ليحل محل العداد تردد الموجات المتناهية القصر (FC) في والمطياف.

يمكن تحويلها إلى معامل طولية معقدة المادية في ترددات GHz للكثافة المعروفة والانكسار من العينة4بريلوين التردد العالي ولينيويدث تقاس بالإعداد المقترحة هنا. كما هو الحال في عفوية برلين الطيفي، عناصر أخرى من موتر تصلب المواد (مثلاً، معامل القص) يمكن أن يكون سبر باستخدام التحليل الطيفي SBS عن طريق الكشف عن الضوء المتناثرة في دول الاستقطاب من مضخة الخفيفة والملائكة مختلفة. ثم سوف يحمل الطيف برلين أدنى إشارة-إلى---نسبة الضوضاء (بسبب كفاءة عبور أصغر من الحزم مضخة والتحقيق في عينة10،،من1112) وأصغر برلين التردد التحولات ولينيويدثس (بسبب زاوية انخفاض معبر) من تلك التي تم الحصول عليها في الهندسة باكسكاتيرينج تقريبا. ونتيجة لذلك، يلزم استخدام أوقات أطول في القياس وأشعة الليزر مع لينيويدثس أضيق.

لمقاييس أطياف برلين في عينات غير عكر، يوفر لنا مطياف SBS الحالي اقتناء الأوقات التي مماثلة لتلك التي حصل عليها تشرف مطيافات4 والتي 100-fold أسرع من تلك التي تحققت بالقائمة وحفز كونتينووسوافي برلين نثر مطيافات (مع حساسية تحول برلين مماثلة)9،،من1011. لقياسات برلين في وسائل الإعلام عكر، اداتنا قادرة على الحصول على الأطياف برلين من عينات عكر مع 2.25 نثر الأحداث في وقت قصيرة قدر 100 مللي ثانية، وأسرع من التي يستخدمها مطياف تشرف مع المتعددة الدخول 3-fold فابري-بيرو-تعتمد رايليغ رفض مرشح في عينات عكر مع 0.13-1.33 تناثر أحداث13. على عكس مطيافات تشرف، مطيافات SBS لا تتطلب أي عوامل الرفض رايليغ المتخصصة، ويوفر أصلاً التباين ممتازة، حتى في عينات عكر مع نثر مطاطا قوية10،11.

مطياف SBS الحالي لم يبلغ بعد حد الضوضاء بالرصاص. ويهيمن على الضوضاء مطياف بشدة الضوضاء في عينات غير عكر والضوضاء الكهربائية في وسائل الإعلام عكر11. نتيجة لذلك، الإشارة-إلى----نسبة الضوضاء (ومن ثم شراء الوقت) SBG إشارة محدودة. للتغلب على هذا التحديد، يمكن استخدام مكبر للصوت منخفضة الضوضاء كهربائية قبل قفل في الكشف عن مواصلة تخفيض وقت اكتساب الأطياف SBG في نثر المواد دون إنقاص حساسية تحول بريلوين11. وباﻹضافة إلى ذلك، سيزيد استخدام مصادر الليزر بالرصاص-الضوضاء-محدودة مع رفض أعلى طائشة مضخة الخفيفة في هندسة باكسكاتيرينج حقيقي على النحو الأمثل الإشارة-إلى-الضوضاء-نسبة المطياف، السماح لأوقات أقصر لتسجيل الأطياف SBG مع تحول برلين عالية الحساسية11.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

الأشعة تحت الحمراء تشعر بالامتنان لمؤسسة ازريلي لمنح زمالة درجة الدكتوراه.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Probe diode laser head and controller Toptica Photonics SYST DL-100-DFB Quantity: 1
Pump amplified diode laser and controller Toptica Photonics SYST TA-pro-DFB Quantity: 1
FC/APC fiber dock Toptica Photonics FiberDock  Quantity: 3
High power single mode polarization maintaining FC/APC fiber patchcord Toptica Photonics OE-000796 Quantity: 1
FC/APC fiber collimation with adjustable collimation optics Toptica Photonics FiberOut Quantity: 1
FC/APC fiber fixed collimator OZ Optics HPUCO-33A-780-P-6.1-AS Quantity: 1
Single mode polarization maintaining fiber splitter 33:67 OZ Optics FOBS-12P-111-4/125-PPP-780-67/33-40-3A3A3A-3-1 Quantity: 1
Single mode polarization maintaining fiber splitter 50:50 OZ Optics FOBS-12P-111-4/125-PPP-780-50/50-40-3S3A3A-3-1 Quantity: 1
f=25 mm, Ø1/2" Achromatic Doublet, SM05-Threaded Mount, ARC: 650-1050 nm Thorlabs AC127-025-B-ML Quantity: 1
f=30 mm, Ø1" Achromatic Doublet, SM1-Threaded Mount, ARC: 650-1050 nm Thorlabs AC254-30-B-ML Quantity: 2
f=50 mm, Ø1" Achromatic Doublet, SM1-Threaded Mount, ARC: 650-1050 nm Thorlabs AC254-50-B-ML Quantity: 1
f=100 mm, Ø1" Achromatic Doublet, SM1-Threaded Mount, ARC: 650-1050 nm Thorlabs AC254-100-B-ML Quantity: 1
f=200 mm, Ø1" Achromatic Doublet, SM1-Threaded Mount, ARC: 650-1050 nm Thorlabs AC254-200-B-ML Quantity: 1
Ø1/2" Broadband Dielectric Mirror, 750-1100 nm Thorlabs BB05-E03 Quantity: 4
Ø1" Broadband Dielectric Mirror, 750-1100 nm Thorlabs BB1-E03 Quantity: 2
1" Polarizing beamsplitter cube, 780 nm Thorlabs PBS25-780 Quantity: 1
Ø1" Linear polarizer with N-BK7 protective windows, 600-1100 nm Thorlabs LPNIRE100-B Quantity: 1
Shearing Interferometer with a 1-3 mm Beam Diameter Shear Plate Thorlabs SI035 Quantity: 1
6-Axis Locking kinematic optic mount Thorlabs K6XS Quantity: 4
Compact five-axis platform Thorlabs PY005 Quantity: 1
Pedestal mounting adapter for 5-axis platform Thorlabs PY005A2 Quantity: 1
Polaris low drift Ø1/2" kinematic mirror mount, 3 adjusters Thorlabs POLARIS-K05 Quantity: 4
Lens mount for Ø1" optics Thorlabs LMR1 Quantity: 5
Adapter with external SM1 threads and Internal SM05 threads, 0.40" thick Thorlabs SM1A6T Quantity: 1
Rotation mount for Ø1" optics Thorlabs RSP1 Quantity: 2
1" Kinematic prism mount Thorlabs KM100PM Quantity: 1
Graduated ring-activated SM1 iris diaphragm Thorlabs SM1D12C Quantity: 1
Post-mounted iris diaphragm, Ø12.0 mm max aperture Thorlabs ID12 Quantity: 2
1/2" translation stage with standard micrometer Thorlabs MT1 Quantity: 3
Ø1" Pedestal pillar post, 8-32 taps, L = 1" Thorlabs RS1P8E Quantity: 1
Ø1" Pedestal pillar post, 8-32 taps, L = 1.5" Thorlabs RS1.5P8E Quantity: 2
Ø1" Pedestal pillar post, 8-32 taps, L = 2" Thorlabs RS2P8E Quantity: 4
Ø1" Pedestal pillar post, 8-32 taps, L = 2.5" Thorlabs RS2.5P8E Quantity: 1
Ø1" Pedestal pillar post, 8-32 taps, L = 3" Thorlabs RS3P8E Quantity: 4
Short clamping fork Thorlabs CF125 Quantity: 12
Mounting base Thorlabs BA1S Quantity: 8
Large V-Clamp with PM4 Clamping Arm, 2.5" Long, Imperial Thorlabs VC3C Quantity: 1
Ø1/2" Post holder, spring-loaded hex-locking thumbscrew, L = 1" Thorlabs PH1 Quantity: 2
Ø1/2" Post holder, spring-loaded hex-locking thumbscrew, L = 1.5" Thorlabs PH1.5 Quantity: 2
Ø1/2" Post holder, spring-loaded hex-locking thumbscrew, L = 2" Thorlabs PH2 Quantity: 6
Ø1/2" Optical post, SS, 8-32 setscrew, 1/4"-20 tap, L = 1" Thorlabs TR1 Quantity: 2
Ø1/2" Optical post, SS, 8-32 setscrew, 1/4"-20 tap, L = 1.5" Thorlabs TR1.5 Quantity: 2
Ø1/2" Optical post, SS, 8-32 setscrew, 1/4"-20 tap, L = 2" Thorlabs TR2 Quantity: 6
Aluminum breadboard 18" x 24" x 1/2", 1/4"-20 taps Thorlabs MB1824 Quantity: 1
12" Vertical bracket for breadboards, 1/4"-20 holes, 1 piece Thorlabs VB01 Quantity: 2
Si photodiode, 40 ns Rise time, 400 - 1100 nm, 10 mm x 10 mm active area Thorlabs FDS1010 Quantity: 1
Waveplate, zero order, 1/4 wave 780nm Tower Optics Z-17.5-A-.250-B-780 Quantity: 2
Waveplate, zero order, 1/2 wave 780nm Tower Optics Z-17.5-A-.500-B-780 Quantity: 1
Fiber coupled ultra high speed photodetector Newport 1434 Quantity: 1
Gimbal optical miror mount Newport U100-G2H ULTIMA Quantity: 3
linear stage with 25 mm travel range Newport  M-423  Quantity: 1
Lockable differential micrometer, 25 mm coarse, 0.2 mm fine,11 lb. load Newport  DM-25L Quantity: 1
XYZ Motor linear stage Applied Scientific Instrumentation LS-50 Quantity: 3
Stage controller Applied Scientific Instrumentation MS-2000 Quantity: 1
Sample holder Home made Custom Quantity: 1
Rubidium 85 Fused Silica spectroscopy cell with flat AR-coated windows, 150 mm length, 25mm diameter Photonics Technologies SC-RB85-25x150-Q-AR Quantity: 1
Thermally conductive pad 300 mm x 300 mm BERGQUIST Q3AC 300MMX300MM SHEET Quantity: 1
Heat tape 0.15 mm x 2.5  mm x 5 m, 4.29  W/m KANTHAL 8908271 Quantity: 1
Polytetrafluoroethylene tape 1/2'' x 12 m Teflon tape R.G.D Quantity: 1
Reflecting Bragg grating bandpass filter OptiGrate SPC-780 Quantity: 1
High frequncy aousto optic modulator Gooch and Housego 15210 Quantity: 1
Aousto optic modulator RF driver, frequncy: 210 MHz  Gooch and Housego MHP210-1ADS2-A1 Quantity: 1
High frequncy lock-in amplifier  Stanford Research Systems SR844 Quantity: 1
Frequency counter Phase Matrix EIP 578B Quantity: 1
Arbitrary function Generator Tektronix AFG2021 Quantity: 2
Data acquisition (DAQ) module National Instruments NI USB-6212 BNC Quantity: 1
Data acquisition (DAQ) software  National Instruments LabVIEW 2014 Quantity: 1
Regulated DC power supply  dual 0-30V 5A MEILI MCH-305D-ii Quantity: 1
Thermocouple MRC TP-01 Quantity: 1
Thermometer MRC TM-5007 Quantity: 1
Coaxial low pass filter DC-1.9 MHz Mini Circuits BLP-1.9+ Quantity: 1
20% lipid-emulsion Sigma-Aldrich I141-100ml Quantity: 1
round 25 mm diameter cover glass thick:1 # Menzel Glaser 150285 Quantity: 1
Computational software  MathWorks MATLAB 2015a

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

الهندسة، العدد 127، "حفزت بريلوين" تناثر، "التحليل الطيفي غير الخطية"، تحليل المواد، كشف المرحلة الحساسة، "بخار الخلايا"، المطيافات
عالية السرعة كونتينووسوافي برلين حفز نثر مطياف لتحليل المواد
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Remer, I., Cohen, L., Bilenca, A.… More

Remer, I., Cohen, L., Bilenca, A. High-speed Continuous-wave Stimulated Brillouin Scattering Spectrometer for Material Analysis. J. Vis. Exp. (127), e55527, doi:10.3791/55527 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter