Waiting
Login processing...

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

Engineering

Yüksek hızda sürekli uyarılan Brillouin saçılma Spektrometre için malzeme analizi

doi: 10.3791/55527 Published: September 22, 2017

Summary

Biz bir hızlı continuous-wave-teşvik-Brillouin-saçılma (CW-SBS) Spektrometre inşaatı tarif. Spektrometre tek frekanslı diyot lazerler istihdam ve ilâ 100-fold mevcut CW-SBS Spektrometreler olanların daha hızlı bir atomik Buhar çentik-iletim spectra yüksek spektral çözünürlüklü bulanık/sigara-bulanık örneklerinin elde etmek için filtre hızlandırır. Bu geliştirme yüksek hızlı Brillouin malzeme çözümleme sağlar.

Abstract

Son yıllarda önemli bir artış için temassız çözümleme-in yumuşak oldu, sulu çözümler ve Biyomalzeme, hızlı edinme kez gibi kendiliğinden Brillouin Spektrometreler kullanımında tanık olduk. Burada, biz derleme tartışmak ve işletimi kullanan bir Brillouin Spektrometre ile Brillouin saçılma (SBS) uyarılmış Brillouin kazanç (SBG) spectra emülsiyon esaslı doku benzeri örnekleri su ve lipid iletim modunda ölçmek için uyarılmış < 10 MHz Spektral çözünürlüklü ve < 35 MHz Brillouin kaymalı ölçüm hassas, < 100 Bayan Spektrometre oluşur iki neredeyse sürekli (CW) dar-linewidth lazerler, 780 karşı propaganda olan frekans detuning taranmış aracılığıyla nm malzeme Brillouin vardiyası. Sinyal-için-gürültü-oranı SBG sinyal önemli ölçüde geliştirilmiş bir ultra-dar bant sıcak rubidyum-85 buharı çentik filtresi ve bir faz duyarlı Dedektör kullanarak, varolan CW-SBS Spektrometreler ile elde ile karşılaştırıldığında. Bu gelişme SBG spectra kez, böylece yüksek hızda yumuşak malzemelerin yüksek spektral çözünürlüklü ve yüksek hassasiyetli Brillouin analizi kolaylaştırmak için 100-fold daha hızlı Alım ile ölçülmesi sağlar.

Introduction

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

Spontan Brillouin spektroskopisi kurulmuştur, sıvılar gibi yumuşak malzemelerin mekanik analizi için değerli bir yaklaşım olarak son yıllarda gerçek dokusu, doku hayaletler, biyolojik hücreleri1,2, 3,4,5,6,7. Bu yaklaşım, tek bir lazer örnek aydınlatan ve inelastically gelen spontan termal akustik dalgalar orta dağınık ışık örnek visko elastik özellikleri üzerinde yararlı bilgiler sağlayan bir Spektrometre tarafından toplanır. Spontan Brillouin yelpazenin iki Brillouin doruklarına akustik Stokes ve anti-Stokes rezonanslar malzemenin ve aydınlatıcı lazer frekans (nedeniyle Melosun dağınık ışık) Rayleigh zirvesinde içerir. Bir Brillouin backscattering geometri için Brillouin frekansları tarafından birkaç GHz aydınlatıcı lazer frekans kaydırılır ve yüzlerce MHz spektral genişliğe sahiptir.

Fabry-Perot Spektrometreler tarama sistemleri--spontan Brillouin spectra yumuşak madde1,2kazanılması için seçim olmuştur iken, son teknolojik gelişmeler hemen hemen faz dizi (VIPA) görüntüsü Spektrometreler yeterli spektral çözünürlüklü (alt-GHz)3,4,5,6,7ile önemli ölçüde daha hızlı (alt ikinci) Brillouin ölçümleri etkinleştirdiniz. Bu protokol için biz continuous-wave-teşvik-Brillouin-saçılma (CW-SBS) ışık bulanık olmayan ve bulanık algılama dayalı bir farklı, yüksek hızlı, yüksek spektral çözünürlüklü, doğru Brillouin Spektrometre inşaatı mevcut Neredeyse arka saçılma geometrisi örnekleri.

CW-SBS spektroskopisi biraz frekans detuned sürekli (CW) pompa ve yoklama lazerler, akustik dalgalar uyarmak için bir örnek üst üste geliyor. Frekans farkı pompa ve yoklama kirişler arasında belirli bir akustik rezonans malzemenin eşleştiğinde, amplifikasyon veya deamplification sonda sinyal tarafından uyarılan Brillouin kazancı veya kaybı (SBG/SBL) işlemleri, sırasıyla sağlanır; Aksi halde, hiçbir SBS (de) amplifikasyon8,9,10,11oluşur. Böylece, bir SBG (SBL) spektrum malzeme Brillouin rezonanslar genelinde lazerler frekans farkı tarama ve algılama artış (azalış) elde edilebilir veya sonda yoğunluğu nedeniyle SBS (kaybı), kazanç. Aksine spontan Brillouin saçılma, elastik saçılma arka plan gereği yoktur, SBS, bulanık ve bulanık olmayan örnekleri Rayleigh ret filtreler için herhangi bir ihtiyaç olarak gereken VIPA olmadan mükemmel Brillouin kontrast etkinleştirme Spektrometreler10,11,13.

CW-SBS Spektrometre ana bina bloklarını pompa ve yoklama lazerler ve uyarılmış Brillouin kazanç/kayıp dedektörü vardır. Yüksek spektral çözünürlüklü, yüksek hızlı CW-SBS spektroskopisi için lazerler tek frekanslı gerekir (< 10 MHz linewidth) yeterince geniş dalga boyu ayar (20-30 GHz) ve tarama hızı ile (> 200 GHz/s), uzun vadeli frekans istikrar (< 50 MHz/h) ve düşük yoğunluklu gürültü. Ayrıca, birkaç yüz güçlerle doğrusal polarize ve kırınım-limited lazer ışınları (on) mW örneği, pompa (soruşturma) ışın için gereklidir. Son olarak, uyarılmış Brillouin kazanç/kayıp dedektörü güvenilir bir şekilde yumuşak bu konuda zayıf geriye dönük uyarılmış Brillouin kazanç/kayıp (SBG/SBL) düzeyleri (10-5 - 10-6) tespit etmek için tasarlanmış olması. Bu ihtiyaçları karşılamak için biz dağıtılmış geribildirim (DFB) diyot lazerler polarizasyon korumak açısından birleştiğinde seçilen lifleri birleştirerek bir ultra-dar atom uyarılmış bir Brillouin kazanç/kayıp dedektörü ile birlikte Buhar çentik filtresi ve yüksek frekans şekil 1' deki resimli olarak tek-modülasyon amplifikatör kilitli. Bu algılama düzeni SBG sinyalin yoğunluğunu süre önemli ölçüde gürültü azaltma sonda yoğunluğu istenilen SBG sinyal katıştırılmış11nerede iki katına çıkar. Atomik Buhar çentik-filtre bizim SBS Spektrometre kullanılan rolü önemli ölçüde azaltan istenmeyen sokak pompa yansımaları tespiti yerine olduğu gibi her ikisi de tespit VIPA Spektrometreler elastik saçılma arka plan azaltmak için olduğunu unutmayın spontan Rayleigh ve Brillouin ışık dağılmış. Aşağıda ayrıntılı iletişim kuralını kullanarak, CW-SBS Spektrometre SBG düzeyleri olarak 10-6 düşük su ve doku hayaletler iletim spectra edinme yeteneği ile inşa edilebilir < 35 MHz Brillouin kaymalı ölçüm hassas ve 100 ms içinde veya daha az.

Figure 1
Şekil 1: sürekli teşvik Brillouin saçılma (CW-SBS) Spektrometre. İki sürekli pompa ve yoklama diyot lazerler (DL), frekans örnek Brillouin üst karakter detuned polarizasyon Bakımı tek modlu fiberler collimators C1 ve C2, sırasıyla birleştiğinde. Pompa-sonda frekans farkı bir set elyaf ayırıcılar (FS), hızlı photodetector (FPD) ve bir frekans sayacı (FC) kullanarak pompa ve yoklama lazerler soyulmuş kirişler arasında beat frekansı tespit ederek ölçülür. S polarize sonda ışını (ışık kırmızı), kiriş genişletici (L1 ve M2), doğru dairesel yayın bir çeyrek-dalga plate (λ1/4) tarafından polarize bir Keplerian kullanarak genişletilmiş ve bir achromatic lens (M3) örnek (S) odaklı. Etkili SBS etkileşim ve optik yalıtım için bir Keplerian ışını genişletici (L5 ve L6), kullanarak genişletilmiş pompa kiriş (derin kırmızı), ilk P polarize-bir yarı-dalga plaka λ2/4 kullanarak), bir kutuplaşma aracılığıyla aktarılan Splitter (PBS), kiriş ve sonunda sol dairesel yayın bir çeyrek-dalga plate (λ2/4) tarafından polarize ve örnek bir achromatic lens (L4; aynı derecede L3) ile üzerinde duruldu. Pompa ve yoklama kirişler neredeyse örnek karşı sonradan ve (P) (λ1dışında /4 gelme) P polarize pompa ışın sonda girmesini önlemek için kullanılan bir S odaklı polarize lazer unutmayın. Kilitlenme algılaması için pompa ışın sinusoidally fm bir acousto optik modülatör (AOM) ile modüle. Frekans fm yoğunluğu varyasyonları olarak tecelli SBG sinyal (bkz. iç metin) ile demodülealgılama bir geniş alan fotodiyot (PD) tarafından takip bir kilit-in amplifikatör (LIA). Fotodiyot sokak pompa yansımalar önemli kaldırılması için bir dar bant Bragg filtre (BF) ve pompa dalga boyu etrafında bir atomik çentik filtresi (85RB) yanında bir ışık engelleme Iris ile (I) kullanılır. Verileri daha fazla Brillouin spektrum analiz için bir kişisel bilgisayar (PC) bağlı bir veri alma kartı (DAQ) tarafından kaydedilir. Tüm katlanır aynalar (M1- M6) dikey sulu örnekleri yerleşimini kolaylaştırmak için optik masaya monte 18'' × 24'' breadboard üzerinde Spektrometre sığdırmak için kullanılır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

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

Not: aksi belirtilmedikçe, (i) sahipleri mesaj üsleri sıkma çatal veya montaj optik tabloya temel ile sıkın nakletmeye bağlar tüm bağlanmak ve (ii) kullanımı çıkış tüm hizalama yordamları için 2-10 mW lazer gücü.

Not: kurulumundaki tüm elektrik/opto-elektronik cihazlarda açmak ve ısınma zamanı kullanmadan önce 30 dk bekleyin.

1. sonda ışın optik yol hazırlamak

  1. Mount ve sonda lazer fiber Kolimatör hizalayın. Sonda lazer fiber bağlantı için
    1. Bağlan bir 33:67 FC/APC polarizasyon-sürdürmenin giriş lif lif splitter (bağlantı noktası FS T 1). Fiber ayırıcı (FS 1 1 bağlantı noktası) % 67-çıkış lif lif Kolimatör (C 1) bağlayın. Fiber Kolimatör bir 6-eksenleri kinematik Dağı (Ø x, Ø y, Ø z, x, y, z) için ekleyin. Fiber Kolimatör arkasında bir güç ölçüm yerleştirin ve x, y ve z vida lazer fiber bağlantı ayarlayarak lazer gücü en üst düzeye çıkarmak.
    2. Döndürme fiber Kolimatör (veya uyumlu hale getirilmesi için optik eleman) S-polarizasyon yönünde lazer polarizasyon, burada optik tablo uçağın dikey ayarlamaktır. Lazer ışını en az (en fazla) lazer iletim (yansıma) yardımcı bir polarize ışın bölücü bir güç metre ile ölçme tarafından S polarize olduğunu doğrulayın.
    3. Optik tablosundan iki yardımcı hizalama süsen aynı yükseklikte bir dağ (3 ' ' Bu Kur). Işın yayma sisteminin ve optik tablo paralel için optik eksen boyunca, bu yükseklik tüm sistemi hizalama sırasında sürekli sağlanmalıdır. Bir tablo montaj deli ** fiber Kolimatör (veya uyumlu hale getirilmesi için optik eleman) arkasında bir iris yerleştirmekte < 50 mm mesafe. İkinci gözü collinear tablo montaj delik yeterince uzakta ilk Iris yerleştirin (> 300 mm).
    4. Lif Kolimatör (veya uyumlu hale getirilmesi için optik eleman) çıkış demeti kadar lazer ışını konsantrik için x, y, Ø x ve kinematik Mount Ø y vidaları ayarlayarak sistem optik eksen boyunca Hizala Her iki süsen Merkezi.
  2. Bir Keplerian ışını genişletici ayarla.
    1. Bir lens mount (L 1, f 1 = 25 mm) sabit optik Mount.
    2. İki yardımcı hizalama süsen 1.1.3 yordamı izleyerek bağlayın. İletilen ışın her iki süsen merkezine konsantrik ince yanal konumu ve pitch açısı lens ayarlamak.
    3. İkinci bir objektif mount (L 2, f 2 = 50 mm) sabit optik Mount. Montaj sonrası temel sisteminin optik eksen hizalı bir doğrusal translasyonel sahne iliştirin. Objektifin f 1 + f 2 ilk objektif olarak öyle ki sahne alanı yerleştirin. 1.2.2 içinde açıklandığı gibi objektif hizalayın.
    4. Işın collimated onaylamak için ikinci merceğin arkasında yamultma Girişmölçeri yerleştirin. Üretilen girişim saçaklar kesme Girişmölçeri difüzör plaka üzerinde hüküm referans hattına paralel olana ikinci objektif sisteminin optik eksen boyunca çevirmek.
  3. Kat kiriş genişletici çıkış demeti.
    1. Saha (Ø x) ile kinematik Mount bir ayna (M 1) mount ve (Ø y) ayarlamaları yaw. Öğeleri C 1 - L 1 - L 2 optik eksene göre 45 o olmak ayna şark.
    2. İki yardımcı hizalama süsen 1.1.3 yordamı izleyerek bağlayın. Ø x ve Ø y vida ayna Mount yansıyan ışın konsantrik sisteminin optik eksen tanımlar her iki süsen ortasına doğru gelinceye ayarlamak.
  4. Örnek aydınlatma optik ayarla.
    1. Dağı sıfır sipariş Çeyrek-dalga plaka (λ 1 / 4) bırakarak bir 6-eksenleri kinematik Mount (Ø x, Ø y, Ø z, x, y, z) katlanır ayna (M 1), yaklaşık 150 mm'den uzaklıkta 2.7 içinde açıklandığı gibi waveplate önce bir polarize (P) yerleştirmek için yeterli boşluk bırakın. 45 o dairesel polarizasyon devlet vermeye hızlı ekseni ile ilgili tarafından waveplate döndürme.
    2. Bir odaklama lens mount (L 3, f 3 = 30 mm) waveplate aynı kinematik Mount. 1.1.3-4 yordamı izleyerek lens aracılığıyla aktarılan ışın hizalayın.
  5. Örnek koleksiyon optik ayarla.
    1. Dağı bir 6-eksenleri kinematik Dağı (Ø x, Ø y, Ø z, x, y, z) bir diferansiyel üzerine doğrusal translasyonel aşamada bir mesafe yaklaşık 60 mm odak lens (M 3). Sıfır-sipariş Çeyrek-dalga plaka monte (λ 2 / 4) kinematik Mount. 45 o hızlı ekseni ile ilgili tarafından waveplate döndürmek ve lazer ışını 1.1.2 yordamı izleyerek S polarize olduğunu doğrulayın.
    2. Bir koleksiyon lens mount (L 4, f 4 = 30 mm) waveplate aynı kinematik Mount. 1.1.3-4 yordamı izleyerek lens aracılığıyla aktarılan ışın hizalayın. Işın 1.2.4 içinde açıklandığı gibi collimated onayla.
    3. Adım (Ø x) ile kinematik monte üzerine bir polarize ışın-splitter küp (PBS) mount ve (Ø y) ayarlamaları yaw ve waveplate (Şekil 1'de gösterildiği gibi) yerleştirin. İki yardımcı hizalama süsen 1.1.3 yordamı izleyerek bağlayın. Ø x ve Ø y vida ışın-splitter Mount yansıyan ışın konsantrik sisteminin optik eksen tanımlar her iki süsen ortasına doğru gelinceye ayarlamak.

2. Pompa ışın optik yol hazırlamak

  1. Mount ve pompa lazer fiber Kolimatör hizalayın.
    1. Bağlan lif pompanın güçlendirilmiş bağlantı noktasının lazer fiber Kolimatör (C 2) için. Mount ve 1.1.3 - açıklandığı gibi lif Kolimatör pompa lazer hizalama 4.
  2. Rubiduim-85 D2 için pompa dalga boyu tune F g = 3 emme hattı.
    1. Fiber Kolimatör pompa lazer (C 2) arkasında bir rubidyum-85 buharı yerleştirin.
    2. Buharı hücre hücre pompası ışını iletimini ölçmek için arkasında yedek bir photodetector yerleştirmek. Photodetector için bir osiloskop bağlayın. Basın ' belirtinAutoSetçoğaltma ' okuma sinyal genlik ve zaman iz photodetecto otomatik olarak ayarlamak için osiloskop üzerinde düğmer.
    3. kalitesiz lazer dalga boyu rubidyum D2 emme hattı, 780.24 ayarla nm nerede en az ışık geçirgenliği ölçüleceğini rubidyum hücre yardımcı photodetector () tarafından bir seviyeye lazer denetleyicisinde sıcaklık düğmeyi çevirerek, 2.2.2 bkz. adım). Lazer sıcaklık tespit seviyeye ayarlayın.
    4. Bir işlev üreteci çıkışını pompa lazer denetleyicisi geçerli modülasyon girifline ba¤LAN›r.
    5. Yavaş yavaş dalga boyunda 60 arasında inceden inceye gözden geçirmek için lazer denetçisinin geçerli modülasyon giriş için bir işlev üreteci bir üçgen dalga uygulamak pm (30 GHz). Bu amaçla, basın ' kanal ' işlev üreteci ve select Kanal 1 düğmesini. Daha sonra basın ' rampa ' düğmesini ve sonra ' sürekli ' bir üçgen dalga biçimi üretmek için kanal ayarlamak için düğmeyi. Basın ' genlik ' dalga genlik 2.25 Vpp (tepe tepe gerilim) ayarlamak için kısayol düğmesi ve ' frekans/dönem ' 5 mHz olarak dalga sıklığını ayarlamak için kısayol düğmesi. Son olarak, basın ' üzerinde ' işlev üreteci kanalı aç düğmesini.
    6. Pompa dalga boyu rubidyum-85 D2 getiriyor kesin olarak mümkün geçerli düzeyi tanımlamak F g 3 emme hattı yedek photodetector (bkz: kullanarak rubidyum hücreye en az ışık geçirgenliği ölçerek = Adım 2.2.2). Lazer Lazer denetleyicisinde geçerli düğmeyi çevirerek belirlenen seviyeye geçerli küme. Rubidyum hücre ve yardımcı photodetector kaldırın. Son olarak, işlev üreteci lazer denetleyicisi geçerli modülasyon girişten çıkarın.
  3. Mount ve lazer çizgi Temizlik filtre hizalayın.
    1. Yer lazer çizgi temizlik filtresi (yansıtan Bragg filtresi; BF) bir kinematik takma adım (Ø x) ve (Ø y) ayarlamaları 250 mm fiber Kolimatör (C 2) arasında bir mesafede yaw.
    2. Bir güç filtrenin iletim (yansıma) optik yolundaki metre ve en aza indirmek yer (ışın Bragg giriş açısı (8 o bu Kur) eşleşecek şekilde pitch eksenindeki filtresi döndürerek maksimize güç). İnce Ø x ve Ø y vida hizalamayı optimize etmek için kinematik Mount düzeltin.
    3. Işın yansıyan ışının filtre, pitch ile kinematik bağlar üzerine monte iki aynalar (M 2, M 3) kullanarak giriş ve ayarlamalar yaw geri bir yönde paralel olarak filtre kapalı kat.
    4. İki yardımcı hizalama süsen 1.1.3 yordamı izleyerek bağlayın. Ø x ve Ø y vidalar her iki ayna bağlar ikinci yansıtmadan yansıyan ışın sisteminin optik eksen tanımlar her iki süsen merkezine konsantrik olana ayarlayın.
  4. Montaj ve acousto optik modülatör hizalayın.
    1. Dağı ve bir lens hizalamak (L 5, f 5 = 100 mm) 1.2.2 içinde açıklandığı gibi bir acousto optik modülatör (AOM) pompa ışın odaklanmak için. Objektif besin sonra yavaşça AOM zarar önlemek için AOM yerleştirerek önce onun mount lens L 5 kaldırmak.
    2. AOM yaklaşık 100 mm uzaklıkta bir 5-eksen platformu (Ø Ø x, y, x, y, z) üzerine odaklama lens (L 5) bağlayın. Pompa ışın modülatör giriş pencereden yayma (modülatör performansını optimize etmek için S polarize bkz: 2.1.2) olduğundan emin olun.
    3. RF çıkış modülatör sürücüsünün bir 50-Ω koaksiyel kablo ile modülatör RF girifline ba¤LAN›r. Sürücü ve basın aç ' modu ' düğmesine sürücüde acousto optik modülatör sürekli modunda çalışır.
    4. Birinci dereceden diffracted ışını sadece gücünü ölçmek için modülatör çıktı arkasında bir güç ölçüm yerleştirin. Birinci dereceden diffracted ışını güç modülatörü saha eksenindeki (Ø x) döndürerek maksimize etmek için modülatör Bragg açısını ayarlamak.
    5. Yeniden konumlandırmak finelythe modülatör pompa ışın odaklamak ve istenen hızlı yükselişi/Sonbahar zaman elde etmek için onun Mount lens (L 5) odaklama (10 ~ 50 µm ışın çapı odak içinde bu kurulum için ns). X, y, z, Ø x ve Ø y vida birinci dereceden diffracted ışın gücü en üst düzeye çıkarmak için modülatör montaj platformu ayarlayın.
    6. Kat
    7. paralel olarak bu iki aynalar (M 4, M 5) pitch (Ø x) ve yaw (Ø y) ayarlamalar olarak ile kinematik monte edilir monte kullanarak modülatör giriş, ışının ışın bir yön için modülatör çıktı 2.3.3-4 içinde açıklanan.
    8. Dağı ve ikinci bir objektif hizalamak (L 6, f 6 = 200 mm) bir mesafede f 5 + f 6 giriş 1.2.3-4 içinde açıklandığı gibi modüle edilmiş pompa ışını collimate için modülatör, odaklama lens. Bu lens odak birlikte modülatör giriş formu, pompa eşleşen bir Keplerian ışını genişletici pompa ışın için objektif ve ışın çapı (S) örnek üzerinde odaklanan önce yoklama.
  5. P-polarizasyon optik pompa kadar ayarla. Döndürme Mount bir sıfır-sipariş yarım-dalga tabak (λ/2) bağlayın. Yer waveplate Keplerian ışını genişletici (L 6) pompa demetinin ikinci merceğin arkasında. İşte optik tablo uçağa paralel P-polarizasyon yönünde ışın ayarlamak için waveplate döndürün. Lazer ışını en fazla (en az) lazer iletim (yansıma) yardımcı bir polarize kiriş kırık bir güç metre ile ölçerek P polarize olduğunu doğrulayın.
  6. Kat ve yanal kaydırma waveplate çıkışını, kiriş.
    1. Saha (Ø x) ile kinematik Mount bir ayna (M 6) dağ ve 50 mm yarı-dalga plaka (λ/2) uzaklıkta (Ø y) ayarlamaları yaw. Kinematik montaj sonrası tabanının sisteminin optik eksen hizalı bir doğrusal translasyonel sahne iliştirin. Öğeleri λ/2-PBS optik eksene göre 45 o olmak ayna şark.
    2. Ayna ve polarize--dan ışın yansıyan Hizala splitter 1.3.1-2 içinde açıklandığı gibi ışınlayın. Polarize ışın splitter aktarılan pompa ışın kartı ile ilgilenen bir lazer kullanarak sonda ışın optik yolu ile collinear olduğundan emin olun
    3. Pompa-sonda odaklama lens Optik eksenine dikey yönde 3 mm tarafından ayna çevirmek (L 4-L 3) eksen dışı pompa aydınlatma sokak pompa yansımaları en aza indirir örnek (S) üretmek için.
  7. Optik sonda optik yolundaki engelleme pompa ayarlayın. Bir doğrusal polarize (P) döndürme Mount monte. Polarize katlanır ayna (M 1) ve ilk waveplate arasında yer (λ 1 / 4) yolundaki soruşturma optik, bu bileşenlerin her biri yaklaşık 75 mm. En aza indirmek için polarize döndürmek (en üst düzeye çıkarmak) iletim pompa (soruşturma) demetinin.

3. Frekans Detuning pompa ve sonda lazerler algılamak için düzeni hazırlamak

  1. sonda ve pompa lazerler için fiber optik ayarlayın.
    1. Bağlan 50: 50 FC/APC giriş lif polarizasyon Bakımı fiber splitter (FS 2 1 bağlantı noktası) bağlantı noktasının sigara güçlendirilmiş pompa lazer fiber bağlantı için. % 33-çıkış fiber bağlanmak bir çiftleşme kullanarak pompa fiber ayırıcı (liman 2 FS 2) % 50 girişli elyaf için sonda fiber splitter (FS 1 2 bağlantı noktası), kollu.
    2. Bir güç metre ile 50: 50 pompa fiber ayırıcı (bağlantı noktası FS T 2) çıkış fiber optik güç ölçmek ve toplam optik güç olduğundan emin olun < 10 mW doygunluğuna sahip fiber birleştiğinde photodetector (FPD) önlemek için. 50: 50 pompa fiber ayırıcı (bağlantı noktası FS T 2) çıkış lif yüksek hızlı fiber birleştiğinde photodetector girifline ba¤LAN›r.
  2. Hızlı photodetector K erkek konektör doğrudan bir mikrodalga frekans GHz bant, K kadın konektörüne bağlayınuency sayaç (FC).

4. Set Up uyarılmış Brillouin kazanç/kayıp dedektörü

  1. rubidyum-85 buharı hücre hazırlayın. Termal iletken bir yastık
    1. şal tüm hücre. Isı teypten hücre kenarlarına etrafında sarın. Isıtma sıcaklık izlemek için bir yer bir ısıl hücrenin ortasına. Isıl ısı teyp dokunmatik değil emin olun. Hücre sıcaklık okumak için bir termometre ısıl bağlanmak.
    2. Tüm hücre ısı teyp ve ısıl muhafaza ve termal çevre hücreden ortadan kaldırmak için politetrafloroetilen bandı ile sarın. Isı teyp sonu engelsiz iki kenara bırakın. Isı bant iki müşteri adayları bir 0-30 V 5 A DC güç kaynağı tel.
    3. Polarize ışın ayırıcı (PBS) yansıma optik yolundaki hücre bağlayın. Sonda ışın hücrenin merkezine hits olun.
    4. Bir iris (ı) önce hücre bağlayın. Böylece sonda kiriş tamamen geçebileceği gözü açın. Bu iris sokak pompa yansımaları minimize yardımcı olur.
  2. Photodetector kadar ayarla.
    1. Yer rubidyum arkasında photodetector (PD) hücre. Bir alüminyum kutusunda yer alan photodetector, geniş alanlara fotodiyot ve ev yapımı RC alçak geçiren filtrenin oluşmaktadır (R = 1 kΩ, C = 0,1 µF) bu ters önyargı voltaj paraziti azaltır. Sonda ışın kartı ile ilgilenen bir lazer kullanarak fotodiyot ortasına hits olun
    2. Terminal fotodiyot katot 0-30 V 5 A DC güç kaynağı bir 50 Ω eş eksenli kablo kullanarak bağlayın. Böylece fotodiyot içinde photoconductive tarz yüksek frekans algılama için işletilmektedir güç kaynağı voltaj kolu çevirerek 25 V, ters bir önyargı uygulamak.
  3. Kadar kilit amplifikatör ayarla.
    1. Photodetector için bir 50Ω koaksiyel alçak geçiren Filtre (LPF) 1.9 MHz bant genişliği 50 Ω eş eksenli kablo kullanarak bağlan. Koaksiyel LPF çıktısını doğrudan kilit-in amplifikatör (LIA) sinyal girişine bağlayın. Basın ' SIG-Z içinde ' sinyali ayarlamak için kilit-in amplifikatör butonuna Giris Empedans 50Ω için kilit amplifikatör.
    2. Bağlan Kanal 1 başvuru için bir işlev jeneratörün giriş 50 Ω eş eksenli kablo kullanarak kilit-in amplifikatör. Basın ' kanal ' işlev üreteci ve select Kanal 1 düğmesini. Daha sonra basın ' sinüs ' düğmesini ve sonra ' sürekli ' bir sinüs dalga üretmek için kanal ayarlamak için düğmeyi. Basın ' genlik ' dalga genlik 0,7 Vpp ayarlamak için kısayol düğmesi ve ' frekans/dönem ' f m için dalga sıklığını ayarlamak için kısayol düğmesi 1.1 MHz =.
    3. Bağlan Kanal 2 dış için fonksiyon jeneratörü analog giriş bir 50 Ω koaksiyel kablo ile acousto optik modülatör sürücüsü. 4.3.2 1 Vpp f m ayarlamak için bölümündeki yordamı uygulayın 1.1 MHz sinüsoidal dalga Kanal 2 =.
    4. Basın ' üzerinde ' Kanal 1 ve 2 ve faz ilişkilerini iterek kilitlemek için işlev üreteci butonuna ' hizalamak faz ' işlev üreteci çerçeve butonunu.
    5. Anahtarı ' modu ' acousto optik modülatör sürücü butonuna ' Normal ' devlet. Pompa ışın şimdi optik f m modülasyonlu 1.1 MHz =.

5. Sistemi ve performans optimizasyonu son hazırlıklar

  1. kadar veri toplama ayarla Gordon
    1. Bağlan bir koaksiyel kablo ile bir analog giriş veri edinme biriminin (DAQ) için mikrodalga frekansı sayaç (FC) analog çıkış. Basın ' DAC ', ' 1 ' ve ' 0 ' düğmeleri için 10 MHz frekans okuma doğruluk ayarlamak için frekans tezgahın üstünde. Bu kanal pompa-sonda frekans detuning izler.
    2. Bağlan ' X ' kilit-in amplifikatör (LIA) koaksiyel kablo kullanarak veri edinme biriminin ikinci analog giriş için çıkış. Basın ' çıktı ' düğme-in ' X ' kanalı etkinleştirmek için kilit-in amplifikatör kanalda. Uyarılan Brillouin kazanç (SBG) sinyal seviyesi bu kanal monitör kullanma.
    3. Bölünmüş bir çıktı kanalı bir fonksiyonun Jeneratör'e bir BNC-tee Bağlayıcısı'nı kullanarak iki ayrı kanalı. Bir kanal sondası lazer denetleyicisi ve ikinci kanal geçerli modülasyon giriş koaksiyal kablolar kullanarak veri edinme biriminin üçüncü analog giriş için bağlayın. Sonda lazer geçerli modülasyon sinyali almak için bu ikinci kanal kullanın.
    4. Veri alma birimi USB çıkışını bir bilgisayara bağlayın. Bir veri alma yazılım paketi görselleştirmek ve veri toplama ünitesi 14 yukarıda açıklanan sinyalleri kaydetmek için bir program yazmak.
  2. Su örneği ölçüm odasında mount. Distile su ile
    1. dolgu ev yapımı 500 µm kalınlığında cam odası. 500 µm kalınlığında politetrafloroetilen teypten tarafından aralıklı oluşan iki yuvarlak 25 mm çapında 0,17 mm kalın cam coverslips odası mı.
    2. Bir oda sahibi 3 eksenli motorlu çeviri sahnede bağlayın. Ölçüm odası yer tutucu ve sonda ve lensler odak pompa ortak odak noktasına çevirmek (L 3 ve L 4, sırasıyla) motorlu sahne kullanarak.
  3. Rubidyum hücre ısı.
    1. Giyim lazer koruyucu gözlük için 780 nm lazer kullanımı. Elde etmek için pompa lazer gücünü artırmak > 250 mW kısıtlayarak geçerli topuzu konik-amplifikatör denetleyicisinde güç hemen önce örnek bir güç metre ile ölçme örneği.
    2. Kümesi zaman sürekli kilitli amplifikatör (LIA) 1 s tuşuna basarak ' yerleşmek inline ' kilit-in amplifikatör düğmeleri. İterek 24 dB/Ekim için kilit-in amplifikatör düşük geçiş filtresi ayarla ' filtre yamaç inline ' düğmeleri. Kilit-in amplifikatör için 1 mVrms basarak duyarlılık ' Sens inline ' düğmeleri. Faz kayması arasında amplifikatör başvuru ve sinyal girişleri bastırıyor tarafından sıfıra ayarlamak için kilit-in amplifikatör Hizala faz işlevini kullanın ' Shift ' ve ' faz ' düğmeleri.
    3. Sokak pompa yansımalar üzerinde dökümanları gözlemleyerek izlemek ' X ' kanal kilit-in amplifikatör.
    4. Rubiduim-85 D 2 F g için pompa dalga boyu retune hafifçe üzerinde bir minimum sokak pompa yansıma okuma edinmek için lazer denetleyicisini geçerli topuzu açarak 3 emme hattı = ' X ' kanal kilit-in amplifikatör.
    5. Ayarla 17 V DC güç kaynağı rubidyum hücre 90 o C. bekle ısınmak için ısı teybe birkaç dakika kadar istenen hücre sıcaklık termometre okuma stabilize bağlı. Not: Sinyal dökümanları gözlenen üzerinde ' X ' kanal kilit-in amplifikatör hızla Isıtma (nedeniyle hücre emilimini önemli artış) sırasında damla.
  4. Ölçü ve suda SBG sinyal optimize.
    1. Elde etmek için sonda lazer gücünü artırmak > 10 mW lazer denetleyicisinde geçerli topuzu dönüm ve hemen önce örnek güç güç metre ile ölçerek örneği.
    2. Kaba sonda dalga boyu rubiduim-85 D2 için tune F g kısıtlayarak sıcaklık topuzu sonda lazer denetleyicisinde bir en az lazer güç düzeyinde rubidyum hücre arkasında bir güç metre ile ölçme 3 emme hattı =.
    3. ince ayar geçerli topuzu sonda lazer denetleyicisi kadar açarak pompa dalga boyu uzun olmak sonda dalga boyu > düzeyleri ile bir güç metre rubidyum hücre ölçüldü 10 mW, yaklaşık olarak sabit lazer güç. Not: sonda dalga boyu bu pompa lazer daha kısa ise, daha sonra ek emme bantları rubidyum-85 hücrenin önemli ölçüde hücre çıkış sonda güçte azaltır.
    4. Sonda lazer denetleyicisinde geçerli topuzu dönüm ve dökümanları (FC) frekans sayaçta detuning frekans gözlemleyerek Brillouin vardiya su (~ 5 GHz) eşleştirmek için pompa ve yoklama lazerler arasında detuning sıklığını belirleme. Not: negatif (pozitif) birinci dereceden diffracted ışın için bu dökümanları (küçük) acousto-optik modülatör (Bu Kur 210 MHz) sıklığı sürüş RF tarafından Brillouin shift daha büyük olmalıdır.
    5. 100 µVrms için kilit-in amplifikatör duyarlılık ve amplifikatör başvuru ve sinyal girişleri 5.3.3 yordamı izleyerek sıfır arasındaki faz kayması ayarlayın.
    6. Ø x ve Ø y vida pompa kiriş (M 6) katlanır ayna kinematik Dağı (i) ince ayarlama ve (ii) biraz çeviri pompa pompa ve yoklama kirişler geçiş verimliliğini optimize lens (L 4) sisteminin optik eksen boyunca odaklanarak.
    7. Daha yüksek üzerinde dökümanları işaret emin olun ' X ' kanal kilit-in amplifikatör neden ağırlıklı olarak artan bir SBG sinyal (yerine sokak pompa yansımalar) prob ışın engelleme ve sokak pompa değişmeden düzeylerini ölçme üzerine düşünceler ' X ' kanal kilit-in amplifikatör.
    8. Tekrar adımları 5.4.6-7 SBG sinyal maksimum ulaşıncaya kadar (> 2 µVrms), sokak pompa yansımaları bir değişmeden en az düzeyde tutarken.

6. Ölçmek ve SBG spektrum analiz

  1. sonda modülasyon geçerli vs pompa-sonda frekans ararken, bir kalibrasyon eğrisi oluşturmak.
    1. Frekans 5 GHz için pompa ve yoklama lazerler (çevresinde su Brillouin kayması) arasında sonda lazer denetleyicisinde geçerli düğmeyi çevirerek detuning ayarla.
    2. Basın ' RES ' ve ' 5 ' mikrodalga frekansı sayaç (FC kapısı saat 1'e ayarlayın) düğmelerinde ardışık frekans ölçümleri detuning arasında 100 ms bir örnekleme aralığı sağlayan ms. Bir üçgen dalga 2.2.5 ile dalga genlik ve sıklık parametrelerini 150 mVpp ve 50 mHz, yordamda sırasıyla takip ederek sonda lazer denetleyicisi geçerli modülasyon giriş için geçerli. Bu yavaş yavaş sonda dalga boyu taramak için izin verir (ve bu nedenle pompa-sonda frekans detuning) arasında 2 GHz.
    3. Veri alma birimi (DAQ) örnekleme oranı 100 örnekleri/s/kanal ayarla ve pompa-sonda frekans detuning kayıt ve lazer modülasyon geçerli sinyallerini veri edinme biriminden 20 için yoklama ev yazılan veri kullanarak s (4-6 GHz fazla) satın alma programı.
    4. Ölçüm verileri bir bilgisayar yazılım programı yüklemek. Pompa-sonda frekans detuning veri doğrusal model ile uygun. O da (nedeniyle ölçümleri detuning pompa-sonda frekans nonlinearity) Yüksek mertebeden bir polinom uyum kullanmak mümkün olduğunu unutmayın. De sonda lazer modülasyon geçerli verilerle doğrusal model uygun.
    5. Sonda modülasyon geçerli bir fonksiyonu olarak uygun uygun örnekleri örnekleri detuning pompa-sonda frekans Hesaplamalı yazılım programında depolayarak kalibrasyon eğrisi oluşturmak.
  2. Yüksek hızda bir SBG spektrum ölçmek.
    1. Örnek test altındaki (S), örneğin mount, 2 5.2.1 - açıklandığı gibi deneylerde kullanılan su distile. 5.4.1 - 8 adımları yineleyin.
    2. Kilit-in amplifikatör (LIA) zaman sabit ayarla ≥ basarak 100 µs ' yerleşmek inline ' kilit-in amplifikatör düğmeleri. Bir üçgen dalga 2.2.5 ile dalga genlik ve sıklık parametrelerini 150 mVpp ve 50 Hz, yordamda sırasıyla takip ederek sonda lazer denetleyicisi geçerli modülasyon giriş için geçerli. Bu hızla sonda dalga boyu taramak için izin verir (ve bu nedenle pompa-sonda frekans detuning) arasında 2 GHz.
    3. Veri edinme birimi (DAQ) örnekleme oranı ayarla ≤ 100.000 örnekleri/s/kanal ve SBG ve sonda lazer modülasyon geçerli sinyalleri için veri edinme biriminden kayıt ≥ 10 ev yazılan veri kullanarak ms (4-6 GHz fazla) satın alma programı.
  3. Visualize ve SBG spektrum analiz.
    1. Yük ölçüm verileri kaydedilen bir hesaplama yazılım programında 6.2.6.
    2. Pompa-sonda frekans değerleri 6.1.5 içinde depolanan kalibrasyon eğrisi bu değerleri tespit ederek detuning ölçülen sonda lazer modülasyon geçerli değerleri dönüştürmek.
    3. Spektrum ortalama gürültü yerden çıkarmak ve SBG ölçüm değerleri ararken pompa-sonda frekans karşı komplo tarafından SBG spektrumlu görselleştirmek.
    4. Lorentzian bir eğri ile spektrum uygun. Genlik, frekans konumu ve tam genişlikli yelpazenin en yüksek noktası yarısı için ilk tahmin Lorentzian parametreleri kullanın.
    5. En büyük ve tam genişlikli yarı-maksimum Lorentzian uygun frekans konumunu sırasıyla alarak Brillouin shift ve test örneği linewidth hesaplamak.

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

Rakamlar 2b ve 3b tipik noktası SBG spectra distile su ve lipid emülsiyonu doku (2,25 saçılma olaylar ve 45 cm-1zayıflama katsayısı ile) hayali örnekleri 10 ms ve 100 ms içinde anılan sıraya göre ölçülen görüntüler. Karşılaştırma için biz 10 SBG spectra ölçülen rakamlar 2a ve 3agösterildiği gibi s. Bu ölçümlerde, rubidyum-85 buharı hücre 90 ° c ~ 104 tarafından sokak pompa yansımaları inceltiyorum ve gönderme için sıcak olduğu > sonda ışık; % 95'i düzeyleri üzerinde s11stabil muhafaza. Ayrıca, burada tanımlanan Uzaysal çözünürlük, yarı-en fazla SBS yanal tam genişlikte olarak yoğunluk odağı ile tespit tahmini yaklaşık 8 µm10olmak. Suda hızla Edinsel spectra Brillouin vardiya ortalama elde ve doku hayaletler 5,08 GHz ve 5,11 GHz, anılan sıraya göre. Bu Brillouin shift tahminler bu 10 dakika sonra kaydedilen spectra hesaplanan karşılaştırılabilir s ve için daha önce yayımlanmış Brillouin verileri sulu,9,10,11örnekler. Rakamlarla insets histogramlar SBG spectra 200 birbirini izleyen ölçümler alındı Brillouin shift tahminler göster. Elde edilen Brillouin shift duyarlığını gözlenen Brillouin shift dağıtım için uygun bir Gauss dağılımın standart sapması açısından değerlendirilmiştir. Standart sapmalar 8,5 MHz ve 33 MHz malzeme mekaniği ince değişiklikleri algılamak için yüksek ölçüm hassas temsil eden su ve doku hayali örnekleri, elde edilmiştir. Burada kullanılan pompa güç düzeyinde olmasına rağmen yüksek (~ 250-270 mW), 780 su emilimini nedeniyle Isıtma nm tahmin olmak < 0,53 K ve böylece bu iş10dakika sonra kullanılan sulu örneklerinde ihmal. Ayrıca, su ve lipid emülsiyonu örnekleri SBG spectra ürününün kısa vadeli hiçbir istikrarsızlık 120 sırasında gözlendi s örnekleri sürekli maruz kalma bu güç seviyeleri.

Figure 2
Şekil 2: uyarılmış Brillouin kazanç (SBG) Spectra su. Temsilcisi SBG spectra su (bir) 10 s ve (b) 10 Bayan noktalar satın almış ve düz çizgiler ölçüm değerleri ve Lorentzian uyuyor, için sırasıyla stand. İnsets Brillouin shift tahminleri su ilgili çubuk grafikler göster. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3: uyarılmış Brillouin kazanç (SBG) Spectra doku hayaletler. Temsilcisi SBG spectra lipid emülsiyonu doku hayaletler (ile 2.25 saçılma olaylar ve 45 cm-1zayıflama katsayısı), (b) ve (bir) 10 s 100 Bayan noktalar satın aldı ve düz çizgiler ölçüm değerleri belirtmek ve Sırasıyla lorentzian uyuyor. İnsets Brillouin shift tahminleri dokusunun karşılık gelen çubuk grafikler hayalet göster. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

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

Şekil 1' de gösterilen sistem, sulu örnekleri yerleşimini kolaylaştıran bir optik masaya monte dikey bir 18'' x 24'' breadboard üzerinde inşa edilecek şekilde tasarlanmıştır. Sonuç olarak, kuvvetle tüm optik ve mekanik öğeleri sıkın ve pompa ve yoklama kiriş collinear ve konsantrik örnek eksen dışı geometri aydınlatıcı önce çeşitli unsurları ile olduğundan emin olmak önemlidir.

Sinyal kazancı uyarılmış Brillouin gözlemleyerek zorluklar o maskeyi sulu örnekleri (~ 10-6) ve zayıf Brillouin kazanç aşırı sokak pompa yansımalar nedeniyle oluşabilir. Mümkün bu zorlukları gidermek için öncelikle odası sonda ve lensler odak pompa ortak odak noktasında konumlandırıldığından emin olun (L3 ve L4, sırasıyla). O zaman, biraz önce rubidyum hücre yerleştirilen Iris (I) kapatmanız ve/veya biraz daha fazla sokak pompa yansımaları olarak algılanmasını ortadan kaldırmak için pompa kiriş (M6) katlanır ayna çevirmek. Not Bu yordamları Brillouin sinyal-ecek da azalma, ancak daha iyi başlangıç noktası suda uyarılmış Brillouin kazanç sinyali algılamak için sağlayabilir. Sinyal hala algılanmıyorsa, metanol veya karbon disülfür, kazanç önemli ölçüde güçlü bir Brillouin su8,10' dan olan kullanın. Alternatif olarak, bulanık olmayan örnekleri ölçülerini önemli ölçüde algılama sokak pompa yansımaları azaltmak daha kalın cam chambers (on kat confocal parametre L3/l4) kullanmak mümkündür.

İletişim kuralında, uyarılmış Brillouin kazanç spectra 2 GHz yüksek hızlı ölçümleri nitelendirdi. Ölçümler daha büyük bant genişliği üzerinde genişletmek için (örneğin, örneklerde tarafından ayrılmış birden çok Brillouin frekans vardiya > 1 GHz), bir sonda modülasyon genişletilmiş frekans detuning karşı geçerli bir kalibrasyon eğrisi üretmek esastır pompa ve yoklama lazerler aralığı. Desirably, bu eğri lazer frekans süpürme modülasyon geçerli ile küçük nonlinearity için düzeltilmelidir. Alternatif olarak, pompa-sonda frekans ararken hızlı izlemek için düzenleri Spektrometre mikrodalga frekansı sayaç (FC) değiştirmek için entegre edilebilir.

Brillouin frekans kayması ve burada önerilen Kur tarafından ölçülen linewidth bilinen yoğunluğu ve Kırılma indisi örnek4GHz frekanslarda malzeme karmaşık boyuna modülü dönüştürülebilir. Spontan Brillouin spektroskopisi olduğu gibi (örneğin, kesme modülü) malzeme sertlik tansör diğer unsurları algılayarak SBS Spektroskopi kullanarak ışık farklı melekler ve polarizasyon Birleşik ışık pompadan dağınık probed. Brillouin spektrum sonra düşük sinyal-için-gürültü-oranı (nedeniyle örnek10,11,12pompa ve yoklama kirişler daha küçük geçiş verimliliğini) ve daha küçük Brillouin frekans sergi vardiya ve bu neredeyse backscattering Geometride elde daha (nedeniyle indirimli geçiş açı) linewidths. Sonuç olarak, daha uzun ölçüm süreleri ve lazerler daha dar linewidths ile gerekli olacaktır.

Bizim şu anki SBS Spektrometre için karşılaştırılabilir edinme kez VIPA Spektrometreler4 tarafından elde edilen ve bu mevcut tarafından elde daha hızlı 100-fold olan Brillouin spectra bulanık olmayan örneklerinde ölçülerini sağlar sürekli Brillouin saçılma Spektrometreler (hassasiyetle benzer Brillouin shift)9,10,11teşvik. Bulanık medya Brillouin ölçümleri için bizim enstrüman VIPA Spektrometre ile bir eşdüzey tarafından kullanılan daha hızlı 3 kat olan 100 ms kısa sürede Brillouin spectra 2.25 saçılma olaylarla bulanık örneklerinin alabilecektir Fabry-Perot tabanlı 0,13 - bulanık örnekleriyle Rayleigh ret filtrede olaylar13saçılma 1.33. VIPA Spektrometreler, aksine SBS Spektrometreler herhangi bir özel Rayleigh ret filtre gerektirmez ve doğal olarak güçlü elastik saçılma10,11ile bulanık örneklerdeki bile mükemmel kontrast sağlar.

Geçerli SBS Spektrometre atış-gürültü sınırı henüz ulaşmadı. Spektrometre gürültü yoğunluğu gürültü bulanık olmayan örneklerinde tarafından ve bulanık media11elektriksel gürültü hakimdir. Sonucunda, sinyal-için-gürültü-oranı (ve dolayısıyla Alım zamanı) SBG sinyal sınırlıdır. Bu sınırlamayı aşmak için bir düşük gürültü elektrik amplifikatör kilitlenme algılama önce Brillouin shift duyarlılık11azalan olmadan SBG spectra saçılma malzemeleri satın alma zamanının daha da azaltmak için kullanılabilir. Buna ek olarak, atış-gürültü-sınırlı lazer kaynakların kullanılması daha yüksek sokak pompa bir gerçek backscattering geometrisi ışık reddi ile en iyi şekilde sinyal-için-gürültü-oranı SBG spectra ile kayıt için daha kısa süreleri izin Spektrometre, artıracak yüksek Brillouin shift duyarlılık11.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

IR Doktora Bursu Ödülü Azrieli Vakfı için minnettar olduğunu.

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).
Yüksek hızda sürekli uyarılan Brillouin saçılma Spektrometre için malzeme analizi
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