Waiting
Login processing...

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

Engineering

Höghastighets Continuous-wave stimuleras Brillouin spridning spektrometer för materialanalys

doi: 10.3791/55527 Published: September 22, 2017

Summary

Vi beskriver byggandet av en snabb continuous-wave-stimuleras-Brillouin-spridning (CW-SBS) spektrometer. Spektrometern sysselsätter singel-frekvens-Diodlasrar och en atomär ånga notch-filter att förvärva överföring spektra av grumligt/icke-grumliga prover med hög spektral-upplösning vid hastigheter upp till 100-fold snabbare än befintliga CW-SBS spektrometrar. Denna förbättring kan höghastighetståg Brillouin materialanalys.

Abstract

Senaste åren har bevittnat en betydande ökning av användningen av spontana Brillouin spektrometrar för beröringsfri analys av mjuka material, såsom vattenlösningar och biomaterial, med gånger snabbt förvärv. Här diskuterar vi montering och drift av en Brillouin spektrometer som använder stimuleras Brillouin spridning (SBS) för att mäta stimuleras Brillouin vinst (SBG) spektra av vatten och lipider emulsionsbaserade vävnad-liknande prov i överföringsläge med < 10 MHz spektral upplösning och < 35 MHz Brillouin-shift mätprecision på < 100 ms. spektrometern består av två nästan kontra förökningsmaterial continuous-wave (CW) smala-linewidth lasrar på 780 nm vars frekvens omstämning söks genom den material Brillouin SKIFT. Med hjälp av en ultra-smalband heta rubidium-85 vapor notch-filter och en fas-känslig detektor, signal-till-brus-förhållandet av SBG signalen förstärks avsevärt jämfört som erhölls med befintliga CW-SBS spektrometrar. Denna förbättring kan mätning av SBG spectra med upp till 100 gånger snabbare förvärv tider, vilket underlättar hög spektral upplösning och hög precision Brillouin analys av mjuka material med hög hastighet.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Spontan Brillouin spektroskopi har upprättats under de senaste åren som ett värdefullt tillvägagångssätt för mekanisk analys av mjuka material, såsom vätskor, riktiga vävnad, vävnad fantomer och biologiska celler1,2, 3,4,5,6,7. I detta synsätt, en enda laser lyser upp provet och ljus som är inelastically spridda från spontana termisk Akustiskt vinkar på medellång samlas in av en spektrometer, att ge användbar information på de viskoelastiska egenskaperna av provet. Det spontana Brillouin spektrumet omfattar två Brillouin toppar vid akustiska Stokes och anti Stokes resonanser av materialet och en Rayleigh topp den lysande laser frekvens (på grund av elastiskt spritt ljus). För en Brillouin backscattering geometri, Brillouin frekvenserna skiftas av flera GHz från lysande laser frekvensen och ha spektral bredd av hundratals MHz.

Medan skanning Fabry-Perot spektrometrar har varit den system-av-val för att förvärva spontana Brillouin spectra i mjuk materia1,2, avbildas senaste tekniska framsteg i stort sett fas array (VIPA) spektrometrar har aktiverat betydligt snabbare (sub sekund) Brillouin mätningar med adekvat spektral upplösning (sub-GHz)3,4,5,6,7. I detta protokoll presenterar vi byggandet av en olika, hög hastighet, hög spektral upplösning, korrekt Brillouin spektrometer baserat på detektion av continuous-wave-stimuleras-Brillouin-spridning (CW-SBS) ljus från icke-grumlig och grumlig prover i en nästan tillbaka scattering geometri.

I CW-SBS spektroskopi överlappar continuous-wave (CW) pumpen och sonden lasrar, något detuneds i frekvens, i ett prov att stimulera Akustiskt vinkar. När frekvens skillnaden mellan pumpen och sonden balkar matchar en specifik akustisk resonans av materialet, ges förstärkning eller deamplification av sonden signalen av stimuleras Brillouin vinst eller förlust (SBG/SBL) processer, respektive; annars uppstår ingen amplifiering i SBS (de)8,9,10,11. Således en SBG (SBL) spektrum kan förvärvas genom att skanna frekvens skillnaden mellan lasrar över materiella Brillouin resonanser och upptäcka ökningen (minskning), eller vinst (förlust), sond intensiteten på grund av SBS. Till skillnad från i spontana Brillouin spridning, elastisk spridning bakgrunden är till sin natur frånvarande i SBS, möjliggör utmärkt Brillouin kontrast i både grumligt och icke-grumliga prover utan behov av Rayleigh avvisande filter som krävs i VIPA spektrometrar10,11,13.

De viktigaste byggstenarna i en CW-SBS spektrometer är pumpen och sonden lasrar och stimulerad Brillouin vinst/förlust detektorn. För hög spektral upplösning, hög hastighet CW-SBS spektroskopi, lasrar behöver vara singel-frekvens (< 10 MHz linewidth) med tillräckligt bred våglängd tunability (20-30 GHz) och scanningen klassar (> 200 GHz/s), långsiktig frekvensstabilitet (< 50 MHz/h) och lågintensivt buller. Dessutom linjärt polariserad och diffraktion begränsad laser balkar med befogenheter av några hundra (TEN) MW på prov krävs för pumpen (probe) strålen. Slutligen, stimuleras Brillouin vinst/förlust detektorn bör utformas för att tillförlitligt upptäcka svaga bakåt stimuleras Brillouin vinst/förlust (SBG/SBL) nivåer (10-5 - 10-6) i mjuka material. För att möta dessa behov, vi valt distribuerade feedback (DFB) Diodlasrar kopplat till polarisering-underhålla fibrer tillsammans med en stimulerad Brillouin vinst/förlust detektorn kombinerar en ultra-smalband atomär ånga notch-filter och en högfrekvent singel-modulering inlåsning förstärkare som illustreras i figur 1. Detta detection system fördubblar intensiteten av SBG signalen samtidigt avsevärt minska buller i sonden intensitet, där önskad SBG signalen är inbäddade11. Observera att det atomära vapor notch-filter som används i vår SBS spektrometer roll är att avsevärt minska detektion av oönskade herrelösa pump reflektioner snarare än att minska elastisk spridning bakgrunden liksom VIPA spektrometrar som upptäcker både spontan Rayleigh och Brillouin spridda ljus. Med hjälp av protokollet som beskrivs nedan, en CW-SBS spektrometer kan konstrueras med möjlighet att förvärva överföring spektra av vatten och vävnad fantomer med SBG nivåer så låga som 10-6 på < 35 MHz Brillouin-shift mätprecision och inom 100 ms eller mindre.

Figure 1
Figur 1: Continuous-wave stimuleras Brillouin spridning (CW-SBS) spektrometer. Två continuous-wave pumpen och sonden Diodlasrar (DL), frekvens detuneds runt Brillouin förskjutningen av provet är kopplat till polarisering-underhålla Singlemode fibrer med kollimatorer C1 och C2, respektive. Pump-probe frekvens skillnaden mäts genom att upptäcka beat frekvensen mellan balkar skalade från pumpen och sonden lasrar med en uppsättning fiber splitters (FS), en snabb fotodetektor (FPD) och en frekvens räknare (FC). S-polariserade sonden balken (ljusröda), utökad med en Keplerian balk expander (L1 och L2), är rätt cirkulärt polariserad med en kvarts våg tallrik (λ1/4) och fokuserade på prov (S) av en akromatisk lins (L3). För effektiv SBS interaktion och optisk isolering, pump balken (djupa röda), utökad med en Keplerian balk expander (L5 och L6), är första P-polariserade med halv-wave plattan λ2/4), sedan överförs via en polariserande Beam splitter (PBS), slutligen vänster cirkulärt polariserad med en kvarts våg tallrik (λ2/4) och är fokuserade på prov med en akromatisk lins (L4, samma som L3). Observera att pumpen och sonden balkar nästan kontra propagera i urvalet och att en S-orienterade polarisator (P) användes för att förhindra att P-polariserade pump balken (kommer ur λ1/4) kommer in sonden laser. För inlåsning detektering moduleras sinusformigt pump balken på fm med en acousto-optisk modulator (AOM). SBG signalen, manifesterad som intensitet variationer på frekvens fm (se infälld), är transportströmmen meden inlåsning förstärkare (LIA) efter upptäckten av en stora ytor fotodiod (PD). För betydande eliminering av herrelösa pump reflektioner i fotodioden används en smalband Bragg filter (BF) och en atom notch filter (85RB) runt pumpen våglängden tillsammans med med en ljus-blockerande iris (I). Data registreras av ett förvärv datakort (DAQ) ansluten till en persondator (PC) för ytterligare analys av Brillouin spektrumet. Alla fällbara speglar (M1- M6) används för att passa spektrometern på ett 18'' × 24'' bakbord som är vertikalt monterad på optiska bordet för att underlätta placering av vattnig prover. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Obs: om inte annat anges, (i) ansluta alla fästen för att bokföra innehavare och dra åt inlägget baserna med en fastspänning gaffel eller montering bas till tabellen optisk, och (ii) användning utgång laser befogenheter 2-10 mW för alla förfaranden som justering.

Obs: Aktivera alla elektriska/optoelektroniska enheter i inställningar och tillåta 30 min från warmup tid före användning.

1. förbereda den optiska vägen och sonden Beam

  1. montera och justera den fiber kollimator av sonden laser.
    1. Connect ingående fiber en 33:67 FC/APC polarisering-att upprätthålla fiber splitter (port T av FS 1) till fiber fästet av sonden laser. Anslut den 67%-output fibern av fiber splitter (port 1 FS 1) till den fiber kollimator (C 1). Bifoga den fiber kollimator till en 6-axlig kinematisk montering (Ø x, Ø y, Ø z, x, y, z). Placera en kraftmätare bakom den fiber kollimator och maximera kraften från lasern genom att justera x, y och z skruvar av laser fiber fästet.
    2. Rotera den fiber kollimator (eller optiska elementet anpassas) för att justera laser polariseringen i S-polarisering riktning, som här är vinkelrätt mot det optiska tabell planet. Bekräfta att laserstrålen är S-polariserade genom att mäta minsta (maximalt) laser överföring (reflektion) genom en extra polariserande stråldelare med en kraftmätare.
    3. Montera två extra justering Iris på identiska höjd från tabellen optiska (3 ' ' i denna inställning). Beam förökningsmaterial längs den optiska axeln av systemet och parallellt med den optiska tabellen, bör denna höjd hållas konstant under anpassningen av hela systemet. Placera en iris i en tabell monteringshål bakom den fiber kollimator (eller optiska elementet anpassas) på < 50 mm avstånd. Placera andra iris i en collinear tabell monteringshål tillräckligt långt från första iris (> 300 mm).
    4. Anpassa produktionen balken den fiber kollimator (eller optiska elementet anpassas) längs den optiska axeln av systemet genom att justera x, y, Ø x och Ø y skruvar av den kinematiska monteringen tills laserstrålen är koncentriska till den mitten av båda irisar.
  2. Inrätta en Keplerian balk expander.
    1. Montera ett objektiv (L 1, f 1 = 25 mm) i en fast optisk montera.
    2. Montera två extra justering Iris genom att följa proceduren i 1.1.3. Justera fint sidoläge och pitch vinkel linsen så att överförda balken är koncentriska till stadens båda irisar.
    3. Montera en andra lins (L 2, f 2 = 50 mm) i en fast optisk montering. Fäst mount inlägget bas en linjär translationell scenen anpassas till den optiska axeln av systemet. Placera på scenen så att linsen är på ett avstånd av f 1 + f 2 från den första linsen. Justera linsen som beskrivs i punkt 1.2.2.
    4. Placera en klippning interferometer bakom andra linsen att bekräfta att balken är parallell. Översätta andra linsen längs den optiska axeln i systemet tills störningar fransarna produceras är parallell med den referenslinje som styrde på diffusor av klippning interferometern.
  3. Vik utdata stråla av beam expandern.
    1. Montera en spegel (M 1) i en kinematisk montera med pitch (Ø x) och yaw (Ø y) justeringar. Orientera spegeln för att vara 45 o med avseende på den optiska axeln längs den element C 1 - L 1 - L 2.
    2. Montera två extra justering Iris genom att följa proceduren i 1.1.3. Justera Ø x och Ø y skruvar av spegeln fästet tills den reflekterade strålen är koncentriska till stadens båda Iris som definierar den optiska axeln i systemet.
  4. Ställa in provet belysning optiken.
    1. Fäste en noll-ordning kvarts våg plattan (λ 1 / 4) i en 6-axlig kinematisk mount (Ø x, Ø y, Ø z, x, y, z) på ett avstånd av cirka 150 mm från den vikbara spegeln (M 1), lämnar tillräckligt med utrymme för att placera en polarisator (P) innan waveplate som beskrivs i 2,7. Rotera waveplate av 45 o med avseende på dess snabba axel ge en cirkulär polarisering stat.
    2. Montera en fokuserande lins (L 3, f 3 = 30 mm) i samma kinematiska fästet av waveplate. Justera strålen överförs genom linsen genom att följa proceduren i 1.1.3-4.
  5. Ställa in kollektion optiken provets.
    1. Montera en 6-axlig kinematisk mount (Ø x, Ø y, Ø z, x, y, z) på en differential linjär translationell scenen på ett avstånd av ca 60 mm från fokuserande linsen (L 3). Montera en noll-order kvarts våg tallrik (λ 2 / 4) i den kinematiska mount. Rotera waveplate av 45 o med avseende på dess snabba axel och bekräfta att laserstrålen är S-polariserade genom att följa proceduren i 1.1.2.
    2. Montera en samling objektiv (L 4, f 4 = 30 mm) i samma kinematiska fästet av waveplate. Justera strålen överförs genom linsen genom att följa proceduren i 1.1.3-4. Bekräfta att balken är parallell som beskrivs i 1.2.4.
    3. Montera en polariserande stråldelare kub (PBS) på en kinematisk montera med pitch (Ø x) och yaw (Ø y) justeringar och placera det bakom waveplate (som visas i figur 1). Montera två extra justering Iris genom att följa proceduren i 1.1.3. Justera Ø x och Ø y skruvar av stråldelare fästet tills den reflekterade strålen är koncentriska till stadens båda Iris som definierar den optiska axeln i systemet.

2. Förbereda den optiska vägen och Pump Beam

  1. montera och justera den fiber kollimator pump laserns.
    1. Connect fiber förstärkt hamnmyndigheten i pumpen laser till den fiber kollimator (C 2). Montera och justera den fiber kollimator av pump laser som beskrivs i 1.1.3 - 4.
  2. Tune pump våglängden till rubiduim-85 D2 F g = 3 absorption linje.
    1. Placera en rubidium-85 vapor cell bakom den fiber kollimator av pump laser (C 2).
    2. Behandlingshem en extra fotodetektor bakom vapor cellen att mäta överföringen av pump strålen genom cellen. Anslut fotodetektor till ett oscilloskop. Tryck på den ' Autoset ' knappen på oscilloskopet att automatiskt ställa in amplituden och tid tracen av avläsning signalen från photodetector.
    3. laser våglängd grovt inställt rubidium D2 absorbering fodrar, 780.24 nm, med vredet temperatur på laser controller till en nivå där minsta ljustransmission mäts genom cellen rubidium av auxiliary fotodetektor ( Se steg 2.2.2). Ställa in laser temperaturen till identifierade nivå.
    4. Anslut utgången på en funktionsgenerator nuvarande modulering ingången på laser pumpstyrningen.
    5. Tillämpas en triangel våg från en funktionsgenerator nuvarande modulering ingången på laser handkontrollen långsamt Skanna laser våglängd över 60 pm (30 GHz). För detta ändamål, tryck på den ' kanal väljer ' på funktionsgenerator och välj kanal 1. Tryck på den ' Ramp ' knappen och sedan den ' kontinuerlig ' knappen för att ange att kanalen ska producera en triangel vågform. Tryck på den ' amplitud ' genväg för att ställa in vågform amplituden till 2,25 Vpp (topp-till-topp spänning) och den ' frekvens/Period ' genvägsknappen för att ställa in vågform frekvens till 5 mHz. Slutligen, tryck på den ' på ' för att slå på kanalen för funktionsgenerator.
    6. Identifiera så exakt som möjligt den aktuella nivån som ger pumpen våglängden till rubidium-85 D2 F g = 3 absorption linje genom att mäta minsta ljustransmission genom till rubidium-cellen med den extra fotodetektor (se steg 2.2.2). Ställa lasern nuvarande till identifierade nivå av nuvarande vrider på laser handkontrollen. Ta bort cellen rubidium och den extra fotodetektor. Slutligen, koppla funktionsgenerator från den aktuella modulering ingången av laser handkontrollen.
  3. Montera och justera laserlinje städa upp filtret.
    1. Plats filtret laserlinje sanering (ett reflekterande Bragg filter. BF) i en kinematisk montera med pitch (Ø x) och yaw (Ø y) justeringar på ett avstånd av 250 mm från den fiber kollimator (C 2).
    2. Plats en power meter i den optiska vägen och överföring (reflektion) av filtret och minimera (maximera) balk makten genom att rotera filtret i pitch axeln att matcha Bragg ingående vinkeln (8 o i denna inställning). Justera fint Ø x och Ø y skruvar av den kinematiska monteringen att optimera anpassningen.
    3. Fold strålen reflekteras från filtret tillbaka till en riktning parallell till att balken på filtret ingång med hjälp av två speglar (M 2, M 3) monterad på kinematisk fästen med pitch och yaw justeringar.
    4. Montera två extra justering Iris genom att följa proceduren i 1.1.3. Justera Ø x och Ø y skruvar av båda spegel fästen tills strålen reflekteras från andra spegeln är koncentriska till stadens båda Iris som definierar den optiska axeln systemet.
  4. Montera och justera acousto-optisk modulatorn.
    1. Fästet och justera en lins (L 5, f 5 = 100 mm) att fokusera pump strålen in i en acousto-optisk modulator (AOM) som beskrivs i punkt 1.2.2. Efter linsen aliment, ta försiktigt bort den objektiv L 5 från dess mount före utsläppande på AOM för att undvika skador på AOM.
    2. Montera AOM på en 5-axlig plattform (Ø x, Ø y, x, y, z) på ett avstånd av ca 100 mm från den fokuserande linsen (L 5). Se till att den pumpen beam förökningsmaterial genom fönstret ingången av modulatorn är S-polariserade (se 2.1.2) att optimera de modulator.
    3. Ansluta RF-utgången av modulator drivrutinen till RF-ingången på modulatorn med en 50-Ω coaxial kabel. Slå på drivrutin och tryck på den ' läge ' knappen på drivrutinen så att den acousto-optisk modulatorn fungerar i continuous-wave läge.
    4. Placera en kraftmätare bakom modulator utdata att mäta kraften av första ordningens diffracted balken endast. Justera Bragg vinkeln på modulatorn att maximera kraften i den första ordningens diffracted strålen av roterande modulatorn i pitch axeln (Ø x).
    5. Flytta finelythe fokusera linsen (L 5) i dess fäste att fokusera pump balken i modulatorn och uppnå önskad snabb uppgång/nedgång tiden (10 ns för ~ 50 µm beam diameter fokus i denna inställning). Justera x, y, z, Ø x och Ø y skruvar av montering plattformen av modulatorn att maximera kraften i första ordningens diffracted balken.
    6. Vik balken på modulator utdata till en riktning parallell till att balken på ingången modulator med hjälp av två speglar (M 4, M 5) monterad på kinematisk fästen med pitch (Ø x) och yaw (Ø y) justeringar som beskrivs i 2.3.3-4.
    7. Montera och justera en andra lins (L 6, f 6 = 200 mm) på ett avstånd av f 5 + f 6 från fokuserande linsen på modulatorn input till collimate modulerade pump balken som beskrivs i 1.2.3-4. Det här objektivet tillsammans med fokus lins på modulator ingången formen en Keplerian balk expander för pump balken, matchande pumpen och sond beam diametrar innan med fokus på prov (S).
  5. Ställa in pumpen P-polarisering optik. Montera en noll-order halv-wave tallrik (λ/2) i en rotation montera. Placera waveplate bakom andra linsen av Keplerian beam expandern pump balkens (L 6). Rotera waveplate för att justera ljusbilden i P-polarisering riktning, vilket här är parallellt till optiska tabell. Bekräfta att laserstrålen är P-polariserade genom att mäta högsta (minimum) laser överföring (reflektion) genom en extra polariserande stråldelare med en kraftmätare.
  6. Vik och sidled Skift balken på produktionen av waveplate.
    1. Montera en spegel (M 6) i en kinematisk montera med pitch (Ø x) och yaw (Ø y) justeringar på ett avstånd av 50 mm från halv-wave plattan (λ/2). Fäst inlägget basen av den kinematiska monteringen en linjär translationell scenen anpassas till den optiska axeln av systemet. Orientera spegeln för att vara 45 o med avseende på den optiska axeln längs element λ/2-PBS.
    2. Justera strålen reflekteras från spegeln och den polariserande balk splitter som beskrivs i 1.3.1-2. Bekräfta att pumpen balken överförs via polariserande stråldelare är collinear med sonden beam optiska sökvägen med hjälp av en laser som visar card.
    3. Översätta spegeln av 3 mm i en riktning som är vinkelrät mot den optiska axeln av pumpen-probe fokuserande linser (L 4-L 3) att producera off-axeln pump belysning av provet (S) som minimerar herrelösa pump reflektioner.
  7. Ställa in pumpen blockerar optik i den optiska vägen och sond. Montera en linjär polarisator (P) i en rotation montera. Placera polarisationsfiltret mellan fällbara spegeln (M 1) och den första waveplate (λ 1 / 4) i den optiska vägen och sonden, ca 75 mm från var och en av dessa komponenter. Rotera polarisatorn att minimera (maximera) överföring av pumpen (probe) balken.

3. Förbereda systemet för att upptäcka den frekvens omstämning av pumpen och sonden lasrar

  1. ställa in fiber optik för sond och pump lasrar.
    1. Connect ingående fiber av en 50: 50 FC/APC polarisering-upprätthålla fiber splitter (port 1 FS 2) till fiber fästet för den icke-förstärkta pump lasern. Ansluta den 33%-output fibern av sonden fiber splitter (port 2 FS 1) till 50%-input fibern av pump fiber splitter (port 2 FS 2) använder en parning ärm.
    2. Mäter den optiska effekten på utdata fiber av 50: 50 pump fiber splitter (port T av FS 2) med en kraftmätare och se till att den totala optiska effekten är < 10 mW att förhindra mättnad av den fiber-kopplade fotodetektor (FPD). Anslut utdata fiber av 50: 50 pump fiber splitter (port T av FS 2) till ingången på en snabb fiber-kopplade fotodetektor.
  2. Anslut K manliga kontakten på den snabba fotodetektor direkt till K honkontakten GHz bandet av en mikrovågsugn frequency counter (FC).

4. Ställ upp the stimuleras Brillouin vinst/förlust detektor

  1. förbereda rubidium-85 vapor cellen.
    1. Wrap hela cell med ett termiskt ledande pad. Linda en värme tejp runt kanterna av cellen. Placera ett termoelement i mitten av cellen för att övervaka värme temperaturen. Se till att termoelementet inte rör den värme tejpen. Ansluta termoelementet till en termometer att läsa ut den cell temperaturen.
    2. Linda hela cellen med polytetrafluoreten tape att hålla värme tejp och termoelement på sina ställen och termiskt isolera cellen från miljön. Lämna i slutet av den värme tejpen obehindrat på båda kanterna. Tråd i värme tejp två kablar till en 0-30 V, 5 A DC strömförsörjning.
    3. Montera cellen i den optiska vägen och reflektion av polariserande stråldelare (PBS). Säkerställa att sonden strålen träffar centrum av cellen.
    4. Montera en iris (I) före cellen. Öppna bländaren så att sonden balken helt kan passera. Detta iris hjälper till att minimera herrelösa pump reflektioner.
  2. Ställa in fotodetektor.
    1. Plats fotodetektor (PD) bakom rubidium cell. Den fotodetektor, inrymt i en aluminium box, består av en fotodiod för stora ytor och en hemmagjord RC lågpassfilter (R = 1 kΩ, C = 0,1 µF) som minskar buller av omvänd bias spänning. Säkerställa att sonden strålen träffar centrum av en fotodiod med hjälp av en laser som visar card.
    2. Ansluta fotodiod katoden terminal till 0-30 V, 5 A DC strömförsörjning med en 50 Ω coaxial kabel. Tillämpa en omvänd slagsida 25 V, genom vrider spänning på nätaggregatet, så att fotodioden drivs i fotokonduktiva läge för hög frekvens identifiering.
  3. Ställa in låsa in förstärkaren.
    1. Connect fotodetektor till en 50Ω koaxial lågpassfilter (LPF) 1,9 MHz bandbredd med hjälp av en 50 Ω koaxialkabel. Anslut utgången av koaxial LPF direkt till signalingång av inlåsning förstärkare (LIA). Tryck på den ' Sig-Z i ' knappen på låsa in förstärkaren ställa signalen Ingångsimpedans av inlåsning förstärkaren till 50Ω.
    2. Anslutningskanal 1 i en funktionsgenerator hänvisningen inmatning av inlåsning förstärkaren med en 50 Ω coaxial kabel. Tryck på den ' kanalen väljer ' på funktionsgenerator och välj kanal 1. Tryck på den ' Sine ' knappen och sedan den ' kontinuerlig ' knappen för att ange att kanalen ska producera en sinusvågform. Tryck på den ' amplitud ' genvägsknappen till inställt 0.7 Vpp vågform amplituden och ' frekvens/Period ' genvägsknappen för att ställa in vågform frekvens till f m = 1.1 MHz.
    3. Anslutningskanal 2 funktion generator till extern analog ingång för acousto-optisk modulator drivrutinen med hjälp av en 50 Ω koaxialkabel. Följ proceduren i 4.3.2 ställa en 1 Vpp, f m = 1.1 MHz sinusvågform på kanal 2.
    4. Tryck på den ' på '-knappen på den funktionsgenerator att slå på kanal 1 och 2 och låsa relationen fas genom att trycka den ' Justera fas ' bezel-knappen på funktionsgenerator.
    5. Switch i ' läge ' knappen på acousto-optisk modulator föraren att ' Normal ' stat. Pump balken moduleras nu optiskt på f m = 1.1 MHz.

5. Sista förberedelserna av systemet och prestandaoptimering

  1. ställa in dataförvärvet affärsenhet
    1. Connect analoga utdata av mikrovågsugn frekvens räknare (FC) till en analog ingång av data förvärv enheten (DAQ) använder en koaxialkabel. Tryck på den ' DAC ', ' 1 ' och ' 0 ' knappar på räknaren frekvens att ange frekvens avläsning noggrannheten till 10 MHz. Denna kanal övervakar de pump-probe frekvens omstämning.
    2. Anslut den ' X ' produktionen av inlåsning i förstärkaren (LIA) till andra analog inmatning av data förvärv enheten med en koaxialkabel. Tryck på den ' utgång ' knappen på den ' X ' kanal på låsa in förstärkaren att aktivera kanalen. Använda denna kanal bildskärmar stimuleras Brillouin vinsten (SBG) signal nivå.
    3. Dela en RF-kanalen i en funktionsgenerator i två separata kanaler med en BNC-t-koppling. Ansluta en kanal till den aktuella modulering ingången av sonden laser handkontrollen och den andra kanalen till tredje analog inmatning av data förvärv enheten med koaxiala kablar. Använda denna andra kanal för att förvärva den aktuella modulering signalen av sonden laser.
    4. Anslut USB utgången av data förvärv enheten till en dator. Skriva ett program i ett data förvärv programpaket att visualisera och registrera de ovan beskrivna signalerna från data förvärv enhet 14.
  2. Montera vattenprov i mätning kammaren.
    1. Fylla en hembyggda 500 µm tjockt glas kammare med destillerat vatten. Kammaren är omfattade två runda 25 mm diameter 0.17 mm tjockt glas coverslips fördelade med en 500 µm tjock polytetrafluoreten tejp.
    2. Montera en kammare hållare på en 3-axlig motoriserad översättning scen. Placera mätning kammaren i hållaren och översätta det till gemensamma fokuspunkten av sonden och pump med fokus linser (L 3 och L 4, respektive) med den motorized stage.
  3. Värma cellen rubidium.
    1. Använd laser skyddsglasögon för 780 nm laser användning. Öka kraften i pumpen lasern för att erhålla > 250 mW på prov genom nuvarande vrider på avsmalnande-förstärkare handkontrollen och mäta strömmen strax före provet med en kraftmätare.
    2. Set tidskonstanten för inlåsning förstärkaren (LIA) till 1 s genom att trycka på den ' lösa upp/ned ' knappar på låsa in förstärkaren. Inställt 24 dB/okt lågpass filtret av inlåsning förstärkaren genom att trycka på ' Filter lutning upp/ned ' knappar. Inställt 1 mVrms inlåsning förstärkare känslighet genom att trycka på den ' Sens upp/ned ' knappar. Använd funktionen Justera fas av inlåsning förstärkaren för att justera fasförskjutning mellan referens och signal ingångarna på förstärkaren till noll genom att trycka på ' Skift ' och ' fas ' knappar.
    3. Övervaka herrelösa pump reflektioner genom att observera avläsning på den ' X ' kanal av inlåsning i förstärkaren.
    4. Retune pump våglängden till rubiduim-85 D 2 F g = 3 absorption linje av försiktigt vrider nuvarande på laser handkontrollen för att erhålla en minsta herrelösa pump speglar avläsning på den ' X ' kanal av inlåsning i förstärkaren.
    5. Inställd 17 V DC på makt leverans ansluten till den värme tejpen att värma upp cellen rubidium-90 o C. vänta ett par minuter tills den termometer avläsningen stabiliserar på önskad cell temperatur. Obs: Signal avläsning observerats på den ' X ' kanal av inlåsning förstärkare bör snabbt släppa under uppvärmning (på grund av den betydande ökningen av absorptionen av cellen).
  4. Mäta och optimera SBG signalen i vatten.
    1. Öka kraften i sonden lasern för att erhålla > 10 mW på prov genom nuvarande vrider på laser handkontrollen och mäta strömmen strax före provet med en kraftmätare.
    2. Grovt tune sonden våglängden till rubiduim-85 D2 F g = 3 absorption linje genom vrider temperatur på sonden laser handkontrollen och mäta en minsta laser effektnivå bakom rubidium cellen med en kraftmätare.
    3. fint tune sonden våglängden för att vara längre än pump våglängden av nuvarande vrider på sonden laser handkontrollen tills > 10 mW, ungefärligt konstant, lasereffekt mäts bakom rubidium cellen med en kraftmätare. Obs: Om sonden våglängd är kortare än pump laser, då banden ytterligare absorption av cellen rubidium-85 avsevärt minska sonden kraften på cell utdata.
    4. Ange frekvensen omstämning mellan pumpen och sonden lasrar att matcha Brillouin förskjutningen av vatten (~ 5 GHz) genom nuvarande vrider på sonden laser handkontrollen och observera frekvensen omstämning avläsning på räknaren frekvens (FC). Obs: För negativa (positiv) första ordningens diffracted balken, dessa utläsningar bör vara större (mindre) än Brillouin förskjutningen av RF-körning frekvensen av acousto-optisk modulatorn (210 MHz i denna setup).
    5. Inställd inlåsning förstärkare känslighet på 100 µVrms och justera fasförskjutning mellan referens och signal ingångarna på förstärkaren till noll genom att följa proceduren i 5.3.3.
    6. Optimera korsning effektiviteten av pumpen och sonden strålar genom (i) fint justera Ø x och Ø y skruvar av den kinematiska monteringen av fällbara avspegla av pump balken (M 6) och (ii) något översätta pumpen fokusera linsen (L 4) längs den optiska axeln i systemet.
    7. Se till att högre signal avläsning på den ' X ' kanal låsa in förstärkarens leda huvudsakligen från en ökad SBG-signal (snarare än från herrelösa pump reflektioner) genom att blockera sonden balken och mäta oförändrade nivåer av herrelösa pump reflektioner om den ' X ' kanal av inlåsning i förstärkaren.
    8. Upprepa steg 5.4.6-7 tills SBG signalen når ett maximum (> 2 µVrms), samtidigt hålla herrelösa pump reflektioner på en oförändrad miniminivå.

6. Mäta och analysera en SBG spektrum

  1. skapa en kalibreringskurva sonden modulering nuvarande vs pump-probe frekvens omstämning.
    1. Ställa in den frekvens som detuning mellan pumpen och sonden laserstrålarna till 5 GHz (Brillouin förskjutningen av vatten) med nuvarande vredet på sonden laser controller.
    2. Tryck på den ' RES ' och ' 5 ' knappar på räknaren mikrovågsugn frekvens (FC) för att ställa in porten till 1 ms, som tillhandahåller en provtagningsintervall 100 MS mellan på varandra följande frekvens omstämning mätningar. Applicera en triangel våg nuvarande modulering ingången på sonden laser handkontrollen genom att följa proceduren i 2.2.5 med waveform amplitud och frekvens parametrar av 150 mVpp och 50 mHz, respektive. Detta gör det möjligt för att skanna långsamt sonden våglängden (och därmed pump-probe frekvensen omstämning) över 2 GHz.
    3. Ställ in samplingsfrekvensen för data förvärv enheten (DAQ) till 100 prover/s/kanal och spela in den pump-probe frekvens detuning och sond laser modulering nuvarande signaler från enhetens data förvärv för 20 s (över 4-6 GHz) med hjälp av hem-skrivna data förvärv program.
    4. Ladda mätdata i en computational program. Passa pumpen-probe frekvens detuning data med en linjär modell. Observera att det också är möjligt att använda ett polynom anfall av högre ordning (på grund av olinjäritet av pump-probe frekvensen omstämning mätningar). Passar även sonden laser modulering aktuella data med en linjär modell.
    5. Generera kalibreringskurvan genom att lagra i ett computational program som pump-probe frekvensen omstämning fit prov som en funktion av sonden moduleringen nuvarande passar prov.
  2. Mäta en SBG spektrum i hög hastighet.
    1. Montera prov-under-testet (S), till exempel, destillerat vatten som används i experiment, som beskrivs i 5.2.1 - 2. Upprepa steg 5.4.1 - 8.
    2. Inställt inlåsning förstärkare (LIA) tidskonstanten ≥ 100 µs genom att trycka på den ' lösa upp/ned ' knappar på låsa in förstärkaren. Applicera en triangel våg nuvarande modulering ingången på sonden laser handkontrollen genom att följa proceduren i 2.2.5 med waveform amplitud och frekvens parametrar i mVpp och 50 Hz, 150 respektive. Detta gör det möjligt att snabbt Skanna sonden våglängden (och därmed pump-probe frekvensen omstämning) över 2 GHz.
    3. Ställ in samplingsfrekvensen för data förvärv enheten (DAQ) ≤ 100 000 prover/s/kanal och spela in SBG och sonden laser modulering nuvarande signaler från data förvärv enheten för ≥ 10 ms (över 4-6 GHz) med hjälp av hem-skrivna data förvärv program.
  3. Visualisera och analysera SBG spektrumet.
    1. Belastning mätdata registreras i 6.2.6 i en computational program.
    2. Konvertera uppmätta sonden laser modulering aktuella värden till pump-probe frekvens omstämning värden genom att identifiera dessa värden i kalibreringskurvan lagras i 6.1.5.
    3. Subtrahera genomsnittliga buller golvet från spectrumen och visualisera det SBG spektrumet av plottning SBG mätningarna mot pump-probe frekvensen omstämning värden.
    4. Passar spektrumet med en Lorentzian kurva. För inledande gissning av Lorentzian parametrar, använda amplitud, frekvens position och full bredd på hälften av den högsta punkten av spektrumet.
    5. Beräkna Brillouin Skift och linewidth av testade provet genom att hämta frekvens placera av de högsta och full bredd vid halv-maximal av Lorentzian passformen, respektive.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Siffror 2b och 3b visar typiska punkt SBG spektra av destillerat vatten och lipid-emulsion vävnad phantom prover (med 2,25 scattering händelser och en dämpning koefficient 45 cm-1) mätt inom 10 ms och 100 ms, respektive. För jämförelse, Vi mätte SBG spektra i 10 s som visas i siffror 2a och 3a. I dessa mätningar, rubidium-85 vapor cellen var uppvärmd till 90 ° C för förmildrande herrelösa pump reflektioner av ~ 104 och sända > 95% av sonden ljus; nivåer som kvarstod stabil för under en h11. Också, den rumsliga upplösningen, definieras här som den laterala full bredden på halv-maximum av SBS intensitet upptäckt från fokus, uppskattades till cirka 8 µm10. Medelvärdet Brillouin skiftar erhållits från snabbt förvärvade spektra i vatten och vävnad vålnader var 5.08 och 5.11 GHz, respektive. Uppskattningarna Brillouin Skift är jämförbara med dem som beräknas från spectra registreras i 10 s och att tidigare publicerade Brillouin data av vattenhaltigt prover9,10,11. Inläggningar i siffrorna visar histogrammen för Brillouin Skift uppskattningarna Hämtad från 200 på varandra följande mätningar av SBG spectra. Precisionen hos det erhållna Brillouin skiftet utvärderades i form av standardavvikelsen för en Gaussisk fördelning passar till observerade Brillouin Skift fördelningen. Standardavvikelser 8,5 MHz och 33 MHz erhölls i vatten och vävnad phantom proven, som representerar en hög mätprecision för att upptäcka subtila förändringar i materialmekanik. Även om pumpen strömnivån används här var hög (~ 250-270 mW), värme absorption av vatten på 780 nm uppskattades till < 0.53 K, och således kan försummas i vattenlösning prover används i detta arbete10. Dessutom observerades inga kortsiktiga instabilitet i SBG spektra av vatten och lipid-emulsion proverna under 120 s kontinuerlig exponering av proverna för dessa effektnivåer.

Figure 2
Figur 2: stimulerad Brillouin få (SBG) spektra av vatten. Representant SBG spectra vatten förvärvade i (en) 10 s och (b) 10 ms. prickar och heldragna linjer står för mätvärden och Lorentzian anfall, respektive. Inläggningar visar motsvarande histogrammen för Brillouin Skift uppskattningar av vatten. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: stimulerad Brillouin få (SBG) spektra av vävnad fantomer. Representant SBG spektra av lipid-emulsion vävnad phantoms (med 2,25 scattering händelser och en dämpning koefficient 45 cm-1) förvärvade i (en) 10 s och (b) 100 ms. prickar och heldragna linjer beteckna mätvärden och Lorentzian passar, respektive. Inläggningar visar motsvarande histogram Brillouin Skift uppskattningar av vävnad i phantom. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Det system, som visas i figur 1, var avsedd att byggas på en breadboard på 18'' x 24'' som kan monteras vertikalt på en optisk bord, underlätta placeringen av vattnig prover. Därför är det viktigt att starkt skärpa alla optiska och mekaniska element och säkerställa att pumpen och sonden balkar är collinear och koncentrisk med de olika delarna innan lysande provet i off-axeln geometri.

Svårigheter i att observera den stimuleras Brillouin få signal kan uppstå på grund av överdriven herrelösa pump reflektioner att mask svag Brillouin förstärkningen av vattnig prover (~ 10-6). För att lösa dessa svårigheter, kontrollera först att kammaren är placerad vid gemensamma fokuspunkt av sonden och pump med fokus linser (L3 och L4, respektive). Sedan stänga något iris (I) placeras före cellen rubidium eller översätta något fällbara avspegla av pump balken (M6) att ytterligare eliminera detektion av herrelösa pump reflektioner. Observera att dessa förfaranden kommer också minska Brillouin signalen, men kan ge en bättre utgångspunkt för att upptäcka stimuleras Brillouin vinst signalen i vatten. Om signalen inte är fortfarande identifieras ska använda metanol eller koldisulfid, som har en betydligt starkare Brillouin få än vatten8,10. Alternativt, för mätningar av icke-grumliga prover, det är möjligt att använda tjockare glas chambers (tio gånger confocal parametern L3/l4) som avsevärt minska detektion av herrelösa pump reflektioner.

I protokollet beskrev vi höghastighetståg mätningar av stimuleras Brillouin vinst spectra över 2 GHz. Att förlänga mätningarna över en större bandbredd (till exempel i prover med flera Brillouin frekvens Skift åtskilda av > 1 GHz), är det viktigt att producera sonden moduleringen nuvarande mot den utökade frekvensen omstämning kalibreringskurvan utbud av pumpen och sonden lasrar. Önskvärt, bör denna kurva korrigeras för de små olinjäritet av laser frekvens svep med modulering nuvarande. Alternativt kan system för snabb övervakning av pump-probe frekvens omstämning integreras för att ersätta mikrovågsugn frekvens disk (FC) i spektrometern.

De Brillouin frekvens Skift och linewidth mätt med de inställningar som föreslås här kan konverteras till materiella komplexa längsgående modulus på GHz frekvenser för en känd densitet och brytningsindex av prov4. Som spontana Brillouin spektroskopi, kunde andra delar av den materiella stelhet tensor (t.ex., skjuvning modulus) vara probed använder SBS spektroskopi genom att upptäcka ljus utspridda på olika änglar och polarisering stater från pumpen ljus. Brillouin spektrumet skulle sedan uppvisar lägre signal-till-brus-förhållande (på grund av mindre korsning effektiviteten av pumpen och sonden balkar i provet10,11,12) och mindre Brillouin frekvens Skift och linewidths (på grund av nedsatt passage vinkel) än sådana som erhållits i nästan backscattering geometrin. Användning av längre mättider och lasrar med smalare linewidths skulle följaktligen krävas.

För mätningar av Brillouin spectra i icke-grumliga prover ger vår nuvarande SBS-spektrometer anskaffningstid som är jämförbara med dem som erhålls genom VIPA spektrometrar4 och som är 100 gånger snabbare än de som uppnås genom befintliga Continuous-Wave stimuleras Brillouin spridning spektrometrar (med liknande Brillouin Skift känslighet)9,10,11. För Brillouin mätningar i grumligt media, våra instrument är kunna förvärva Brillouin spectra grumliga prover med 2,25 scattering händelser i taget så kort som 100 ms, vilket är 3 gånger snabbare än den som används av en VIPA spektrometer med en multipass Fabry-Perot-baserade Rayleigh avvisande filter i grumliga prover med 0,13 - 1.33 spridning händelser13. Till skillnad från VIPA spektrometrar, SBS spektrometrar kräver inte några specialiserade Rayleigh avvisande filter, och till sin natur ger utmärkt kontrast, även i grumliga prover med stark elastisk spridning10,11.

Nuvarande SBS spektrometern har ännu inte nått skott-bullergränsen. Spektrometern buller domineras av intensitet buller i icke-grumliga prover och elektriskt brus i grumligt media11. Som ett resultat av signal-till-brus-förhållandet (och därmed tidpunkten för förvärvet) av SBG signalen är begränsad. För att kringgå den här begränsningen kunde en tystgående elektriska förstärkare innan inlåsning upptäckt användas för att ytterligare minska tid som förvärv av SBG spektra i scattering material utan att minska Brillouin Skift känslighet11. Dessutom, skulle användning av skott-buller-begränsad laserkällor med högre förkastande av herrelösa pump ljus i en sann backscattering geometri optimalt öka signal-till-brus-förhållandet mellan spektrometern, möjliggör kortare tider för inspelning SBG spectra med hög Brillouin Skift känslighet11.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

IR är tacksam till Azrieli Stiftelsen för PhD stipendium utmärkelsen.

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).
Höghastighets Continuous-wave stimuleras Brillouin spridning spektrometer för materialanalys
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).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