Yöntem makalesi

Brillouin Saçılma Analiz Yüksek Hızlı Alt GHz Spektrometre

14.8K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/53468

⸱

22 Aralık 2015

 ,  , 
1Fischell Department of Bioengineering, University of Maryland, 2Wellman Center for Photomedicine, Harvard Medical School, Massachusetts General Hospital, 3The Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology, Massachusetts Institute of Technology

Bu makalede

Özet

Burada hızlı bir Brillouin spektrometresi inşa etmek için bir protokol mevcut. Neredeyse görüntülü faz dizi Basamaklı (VIPA) etalonları 1000'den fazla kat daha hızlı geleneksel tarama Fabry-Perot spektrometresi daha ölçüm hızına erişmek. Bu gelişme in vivo düşük güç seviyelerinde doku ve biyomalzemelerin Brillouin analizi için araçlar sağlar.

Özet

Bu protokolün amacı, bir paralel yüksek sönme ve yüksek çözünürlüklü optik Brillouin spektrometresi inşa etmektir. Brillouin spektroskopisi viskoelâstik malzeme özelliklerinin doğrudan okunabilmesi için kullanılabilecek bir temassız ölçüm yöntemidir. Bu malzeme karakterizasyonu, yapısal izleme ve çevre algılama yararlı bir araç olmuştur. Geçmişte, Brillouin spektroskopisi genellikle spektral analizi gerçekleştirmek için tarama Fabry-Perot etalonları istihdam vardır. Bu süreç biyomedikal uygulamalar için uygun tekniği yapım, yüksek aydınlatma gücü ve uzun edinme süreleri gerektirmektedir. Geçtiğimiz günlerde tanıtılan yeni spektrometre çapraz eksen yapılandırmasında iki VIPAs kullanılarak bu sorunu üstesinden gelir. Bu yenilik biyolojik doku güvenlik sınırları içinde alt ikinci edinimi süresi ve aydınlatma gücüne sahip alt gigahertz (GHz) çözünürlük spektral analiz sağlar. Bu gelişme kolaylaştırdı birden yeni uygulamalar cu vardırrrently biyolojik araştırma ve klinik uygulamada araştırılmaktadır.

Giriş

1922 yılında Leon Brillouin 1 tarafından tarif Brillouin saçılması, bir katı ve bir sıvı ya da gaz termal yoğunluk dalgalanmalarına termal, akustik modları ışık inelastik dağılımıdır. Genellikle alt GHz-aralığında dağınık ışık spektral kayması, olay ışık ve örnek akustik fononların arasındaki etkileşim hakkında bilgi sağlar. Bunun bir sonucu olarak, incelenen malzemenin viskoelastik özelliklerinin ilgili faydalı bilgiler sağlayabilir.

Onun kendiliğinden versiyonunda, Brillouin saçılması genellikle çok zayıf bir sinyal sonuçlanan Raman saçılması sırasına göre kesitlerini vardır. Ayrıca, Brillouin frekans kaymaları Raman vardiya daha küçük büyüklük kararlarıdır. Bunun bir sonucu olarak, elastik, kaçak ışık ve arka yansımalar (Rayleigh veya Mie saçılımı itibaren) tüm kolayca Brillouin spektral imza gölgeleyebilir örnek kapalı ışık saçtı. Bundan dolayıBir Brillouin spektrometre alt GHz spektral çözünürlüğü değil, aynı zamanda yüksek spektral kontrast veya nesli elde etmek için değil sadece ihtiyaç duyar.

Geleneksel Brillouin spektrometre Bu zorunluluklara en popüler tarama-ızgara monokromatörler, optik dayak yöntemleri ve, çok geçişli tarama Fabry-Perot interferometreler 2 tarafından karşılanmaktadır. Bu yöntemler, her spektral komponent sekans ölçer. Bu yaklaşım, aracı ile numuneye bağlı olarak, birkaç saate kadar, birkaç dakika arasında değişen tek bir Brillouin spektrumu için elde etme sürelerine yol açar. Bu protokolü kullanılarak inşa iki aşamalı VIPA spektrometre, etkili bir diğer sahte sinyaller 2 bastırmak için yeterli sönme (> 60 dB) sağlarken daha az bir saniye içinde spektral bileşenlerin tüm toplamak için yeteneği vardır.

VIPA etalonu entegrasyonu bu spektrometre temel unsurudur. Bir VIPA üç farklı c sağlam bir etalon olduğunualanları oating: yüzeyin geri kalanı oldukça yansıtıcı (HR) kaplama sahipken ön yüzeyinde, dar bir yansıma önleyici kaplama şeridi, ışık VIPA girmek için izin verir; arka yüzeyine bir kısmen yansıtıcı kaplama ışık küçük bir kısmı (~% 5) iletilmesini sağlar. Hafif eğimli VIPA dar girişinde üzerine odaklanmış, ışık demeti VIPA 2 içinde sabit faz farkı ile alt bileşenlerine yansır. Alt bileşenleri arasındaki Girişim hedeflenen yüksek spektral dağılımını ulaşır. Çapraz eksen konfigürasyonda ardışık iki VIPAs hizalama ortogonal istikamette 3 spektral dispersiyon getirmektedir. Dik yönlerde spektral dağılım mekansal mümkün sadece Brillouin sinyal almaya kılan istenmeyen karışma, gelen Brillouin doruklarına ayırır. 1 görüntüler iki aşamalı VIPA spektrometresi bir şemasını Şekil. Optik elemanlar aşağıda oklar ° işaretöteleme aşamaları odaklı gereken özgürlük ree.

figure-introduction-1
Şekil 1. Enstrümantal kurulum. Bir fiber optik spektrometresi içine Brillouin saçılması sunar. Silindirik mercek C1 (f = 200 mm), ilk VIPA (VIPA1) girişinde içine ışık odaklanır. Başka bir silindir lens C2 (f = 200 mm) C2 odak düzleminde lokal ayırma spektral açısal dispersiyon eşleştirir. Bu düzlemde, dikey bir maske spektrum istenilen bölümünün seçilmesi için kullanılır. Benzer bir yapılandırma 90 derecede eğik, izler. Kiriş küresel lens S1 (f = 200 mm) içinden geçer ve ikinci VIPA (VIPA2) giriş açıklığına odaklanmıştır. Bir küresel lens S2 (f = 200 mm) başka bir yatay maske yerleştirilir odak düzlemi, iki boyutlu spektral olarak ayrılmış bir desen oluşturur. Horizontal maske bir akromatik objektif çifti kullanılarak EMCCD kamera üzerine görüntülü. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Bazı optik kurs ve temel hizalama deneyimi ile bir lisans öğrencisi oluşturmak ve bu iki aşamalı spektrometresi kullanmak gerekir. Spektrometre son standart optik prob çeşitli 3,4,5 (örneğin, konfokal mikroskop, endoskop, slit-lamp oftalmoskop) ile uyumlu olacak şekilde gösterilmiştir. Burada, spektrometre konfokal mikroskop bağlanır. Lazer ışığı 90:10 ışın ayırıcı entegre sonra standart bir araştırma ters sistem mikroskop içine hizalanmış. Örnekten ince filmlerden ışık mikroskobu konfokal yapma, tek modlu fiber içine birleştirilir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Not: Brillouin spektral analizi tek boyuna mod lazer (~ numune 10 mW) gerektirir. Amaçları hizalanması için, bu lazer ışınının (<0.1 mW) bir kuvvetle zayıflatılmış bir kısmını kullanır.

1. İlk Fiber Kurulum ve EMCCD (Elektron çarpınız Charge Coupled Device) Kamera

  1. Bir optik masaya spektrometre için yaklaşık 1.600 mm boş hizalama alanı belirleyin.
  2. Ücretsiz hizalama alanı sonunda EMCCD kamera monte edin.
    1. Mesajlarý kamerayı bağlamak için ayar vidalarını kullanın. Istenen optik eksen yüksekliğinde sonrası tutuculara mesajları sıkın. Masa kelepçeler kullanılarak optik masanın üzerine yazılan sahipleri sıkın.
  3. EMCCD Kamerayı açın. Kamera doygunluk önlemek için dikkatli olun.
    1. Laboratuar bilgisayarda kamera yazılımı yükleyin ve fotoğraf makinesini bilgisayara bağlayın.
    2. Kazanç devre dışı bırakın ve düşük entegrasyon süresi (~ 0.01 sn) ayarlayın. EMCCD görüntüleri elde başlayın. Kamera görüntüyü gözlemleyinBilgisayar ekranında s.
  4. Kamera önünde 1600 mm ilgili lif kolimatör monte edin.
    1. Lif kolimatör adaptörü elyaf kolimatör yerleştirin.
    2. Bir yazı üzerine montaj adaptörü. Optik eksen (kamera yükseklik) yaklaşık yükseklikte bir post tutucu içine yazı sıkın. Masa kelepçeler kullanılarak optik masanın üzerine yazılan tutucu sıkın.
  5. Optik eksen boyunca çıkış ışınını aynı hizaya getirin.
    1. Bir mesaja standart iris bağlamak için bir ayar vidasını kullanın. Sonrası tutucu içine yazı sıkın.
    2. Lif kolimatör (<50 mm) önünde iris yerleştirin. Işınına iris yüksekliğini ayarlayın. Kameraya doğrudan işaret etmelidir istenen optik eksen boyunca iris, hareket ettirin.
    3. Kamera Doymuş eğer lazer çıkışı sonrasında doğrudan bir optik yoğunluk filtresi takın. Optik eksen boyunca ışın hizalamak için monte fiber kolimatör ayar vidalarını kullanın. Bu elde edilir,kiriş temiz tüm ışın yolu boyunca iris geçecek.
  6. Kamera önünde bir eşleştirilmiş akromatik objektif çifti (f = 30 mm) monte edin.

Spektrometre 2. Yatay Sahne

  1. Yatay maske takın.
    1. Bir yazı üzerine yatay maske takmak için ayar vidalarını kullanın. Sonrası tutucu içine yazı sıkın. Maske ve ışın yolunun dışına yatay kaymasına izin veren bir öteleme sahneye yazılan tutucu monte edin. (Şekil 1)
    2. Maske akromatik objektif çiftinin odak uzaklığı (f = 30 mm) CCD kamera üzerine keskin görüntülü şekilde optik masa üzerinde translasyonel sahne sıkmak için kapak vidaları kullanın.
  2. Dağı ve küresel lensi S1 (f = 200 mm), yatay maske önünde 600 mm hizalayın.
    1. Sonrası tutucu üzerine S1 monte ayar vidalarını kullanın. Sonrası tutucu içine yazı sıkın.
    2. 1.5.1 de tarif edildiği gibi, iki süsen monte edin. Placi önceng S1 ışın yolu, önce bir iris ve istenilen S1 pozisyon sonra bir iris (yatay maske önünde 600 mm) yerleştirin. Kiriş temiz her ikisi geçer şekilde süsen yüksekliğini ayarlayın.
    3. S1 yatay maske önünde 600 mm (Şekil 1) yerleştirin. Hem kadar yükseklik ve S1 açısını ayarlayın, lens ve dışarı-gelen ışının kapalı arka yansıması, temiz süsen geçer. Masa kelepçeler kullanarak optik masa üzerine S1 tutan yazılan tutucu sıkın.
  3. Küresel lensin odak düzlemi Mount VIPA2 (S1 önünde 200 mm).
    1. Tutucu ile verilen vidaları kullanarak bir yazı üzerine VIPA tutucu monte edin. Sonrası tutucu içine yazı sıkın. Yatay çeviri sahneye yazılan tutucu sıkın. (Şekil 1)
    2. Dikey olarak yönlendirilmiş giriş açıklığının VIPA tutucu dikkatlice VIPA2 yerleştirin. (Şekil 1)
    3. Pozisyon o ince ayarlamaf VIPA S1 odak düzleminde tam olarak monte edilir. (Beyaz kart ile ışın bel izleyerek kontrol edin.)
    4. Öteleme aşamada serbestlik derecesi kullanılarak kiriş dışına optik masa ve slayt VIPA2 üzerine translasyonel sahne sıkmak için kapak vidaları kullanın.
  4. Dağı ve küresel lensi S2 (f = 200 mm) VIPA sonra 200 mm ve yatay maske önünde 200 mm hizalayın. 2.2.1-2.2.3 açıklanan prosedürü uygulayın. Bunun yerine, optik masaya sonrası tutucu bağlama, optik eksen boyunca yönlendirilmiş özgürlük derecesine sahip bir öteleme sahneye monte edin. (Şekil 1) Optik masanın üzerine translasyonel sahne sıkmak için kapak vidaları kullanın.
  5. Işın yoluna VIPA2 giriş kaydırmak için yatay öteleme sahne (2.3.4) kullanın. Kamera görüntüsünde dikey çizgiler dikkat edin.
    1. Kamera görüntüsünde dikey çizgiler görünür kadar 2.4 monte translasyonel sahne kullanarak S2 İnce ayarlamakkeskin.
  6. VIPA sahibinin özgürlük yatay-tilt derecesi ve translasyonel sahne ile spektrum ayarlayın. Etalon içine ayarlamak için ışının giriş pozisyonunu özgürlüğü yatay-çeviri derecesini kullanın. Etalon içine ayarlamak için kirişin giriş açısını özgürlüğü yatay-tilt derecesini kullanın.
  7. Incelik ve verimi ölçün.
    1. Sol üst köşedeki "satın alma kurulumu" tıklayıp seçeneği kamera yazılımı "görüntü çekmek" seçerek alternatif F5 tuşuna basarak veya bir görüntü almak.
    2. Sağ resmin üzerine tıklayınız ve seçenek "hat komplo" seçiniz. Bir çizgi arsa üretmek için resmi yatay imleci sürükleyin. Oluşturulan çizgi arsa gözlemlemek için imleci bırakın.
    3. Incelik ölçmek için hat arsa kullanın. Yarım maksimum (FWHM) onların tam genişliğinde iki tepe arasındaki mesafeyi bölün. > 30 hedefleyin.
    4. Measurin tarafından verimini belirlemekg hemen öncesi ve sonrasında VIPA2 bir güç ölçer güç. >% 50 hedefleyin.
    5. Dinle VIPA tutucu (2.6) üzerine serbestlik derecesi ile etalon içine ışının giriş açısı ve ticaret-off incelik ve hacmi arasında gözlemleyin.
  8. Incelik ve verimlilik tatmin edici değilse geri dönün ve hizalama ince ayarlayın. Emin VIPA2 S1 odak düzlemi içindedir. Yineleyin 2.3.3 -2.7 adımları.

Spektrometre 3. Dikey Sahne

  1. VIPA (VIPA2) kaydırın, translasyonel sahne (2.3.4) kullanılarak kiriş dışına, part 2 hizalanmış. 1 görüntüleme sistemi: spektrometresi yatay aşaması artık 1 olarak davranacaktır.
  2. Dikey maske takın.
    1. Bir yazı üzerine dikey maske takmak için ayar vidalarını kullanın. Bir dik açı sonrası kelepçe adaptörü içine bir yazı sıkın. Dik açı adaptörü içine ikinci bir yazı sıkın ve sonrası tutucu içine koydu. Dikey öteleme sahne, allowi üzerine yazılan tutucu monteMaskeyi ng ve ışın yolunun dışına dikey kaydırmak için. (Şekil 1)
    2. Kullanım kapak vidaları dikey maske EMCCD kamera üzerine keskin S1 önünde 200 mm görüntülü şekilde optik masanın üzerine dikey öteleme sahne sıkın.
  3. Dağı silindirik lens C1 (f = 200 mm), dikey maske önünde 600 mm hizalayın ve.
    1. Bir yazı üzerine silindirik lens tutucusu vidalayın. Sonrası tutucu içine yazı sıkın. Dikkatlice mercek tutucunun içine C1 yerleştirin ve yerine bunu düzeltmek için vidaları sıkın.
    2. 1.5.1 de tarif edildiği gibi, iki süsen monte edin. Işın yolu C1 yerleştirmeden önce, önce bir iris ve istenilen S1 pozisyon sonra bir iris (dikey maske önünde 600 mm) yerleştirin. Kiriş temiz her ikisi geçer şekilde süsen yüksekliğini ayarlayın.
    3. Talep C1 dikey maskesinin ön 600 mm (Şekil 1). Dikkatle yüksekliği, tilt ve C1 lateral pozisyon kadar ayarlayınhem objektif ve dışarı çıkan ışının kapalı arka yansıması, süsen üzerine ortalanır. Masa kelepçeler kullanılarak optik masanın üzerine yazılan tutucu tutma C1 sıkın.
  4. Silindirik lensin odak düzlemi Mount VIPA1 (C1 önünde 200 mm).
    1. Tutucu ile sağlanan vidayı kullanarak bir yazı üzerine VIPA tutucu monte edin. Sonrası tutucu içine yazı sıkın. Dikey çeviri sahneye yazılan tutucu sıkın. (Şekil 1)
    2. Yatay yönelimli giriş açıklığının VIPA tutucu içine dikkatlice VIPA1 yerleştirin. (Şekil 1)
    3. VIPA pozisyonu C1 odak düzleminde tam VIPA1 yerleştirmek için montaj İnce ayarlar. (Beyaz kart ile ışın bel izleyerek kontrol edin.)
    4. Kullanım kap vidaları, optik masanın üzerine dikey öteleme sahne sıkın ve translasyonel aşamada özgürlüğü derecesini kullanarak kiriş dışına VIPA1 kaydırın.
  5. Dağı ve hizalamasilindir lens C2 (f = 200 mm) 3.3.1-3.3.3 tarif edilen prosedür izlenerek VIPA1 sonra 200 mm ve düşey maske önünde 200 mm. Bunun yerine, optik masaya sonrası tutucu bağlama, optik eksen boyunca yönlendirilmiş özgürlük derecesine sahip bir öteleme sahneye monte edin. (Şekil 1) Optik masanın üzerine translasyonel sahne sıkmak için kapak vidaları kullanın.
  6. Işın yoluna VIPA1 giriş kaydırın çeviri aşamasında (3.4.4) kullanın. Kamera görüntüsünde yatay çizgiler dikkat edin.
    1. Kamera görüntüsünde yatay çizgiler keskin görünür kadar 3.5 monte translasyonel sahne kullanarak C2 Fine-ayarlayın.
  7. VIPA tutucu özgürlük dikey eğim derecesi ve translasyonel sahne ile spektrum ayarlayın. Etalon içine ayarlamak için ışının giriş pozisyonunu özgürlüğü dikey çeviri derecesini kullanın. Etal içine ayarlamak için kirişin giriş açısını özgürlüğü dikey eğim derecesi kullanınüzerinde.
  8. Incelik ve verimi ölçün.
    1. Kamera ekranında bir görüntü üzerinde dikey bir çizgi arsa oluşturmak için adımları 2.7.1 -2.7.2 izleyin.
    2. Yarım maksimum (FWHM) onların tam genişliğinde iki yatay çizgi arasındaki mesafeyi bölerek incelik ölçmek için hat arsa kullanın. > 40 hedefleyin.
    3. Hemen önce ve VIPA1 sonra güç ölçer ile güç ölçerek hacmini ölçün. >% 30 hedefleyin.
    4. Dinle VIPA tutucu (3.7) üzerine serbestlik dikey eğim derecesi ile etalon içine ışının dikey giriş açısı. Incelik ve verim arasındaki ticaret-off gözlemleyin.
  9. Incelik ve verimlilik tatmin edici değilse geri dönün ve hizalama ince ayarlayın. Emin VIPA1 C1 odak düzlemi içindedir. Adımı yineleyin 3.4.3-3.8.

İki Aşamaları ve Final Uyum 4. Kombinasyon

  1. VIPA2 içinde kaydırın. Yatay ve dikey aralıklı noktalar dikkate alınmalıdır. Bu noktalar, birtek frekanslı lazer spektral imza yeniden. Noktalar keskin odak kadar VIPAs translasyonel aşamalarını ayarlayın.
  2. Spektrometre incelik ve verimi ölçün.
    1. Adımları izleyin 2.7.1.-2.7.2 çapraz lazer nokta arasında iki çizgi arsa üretmek için.
    2. Yarım maksimum (FWHM) onların tam genişliğinde iki nokta arasındaki mesafeyi diyagonal bölerek incelik ölçmek için hat arsa kullanın. > 30 hedefleyin.
  3. Spektrometre içine bir kara kutu oluşturun.
    1. (In x 15 x 9 63) CCD kamera fiber kolimatör kadar tüm spektrometresi içine almalısınız kutu iskelet inşa etmek inşaat rayları kullanın.
    2. Blackout Kumaş ile kutu iskeleti örtün ve köşelerde sıkı bantlayın. Maskeler ve VIPAs kolayca erişilebilir olduğundan emin olun.
  4. Böyle bir yansıma konfokal mikroskop 4 olarak standart optik prob, fiber bağlayın. Standart optik pgeri saçılan ışık toplamak için kullanılan elbiseler Brillouin sinyalini taşıyacak.

5. Brillouin Shift Ölçme

  1. Yakın hem dikey hem de yatay maskeler lazer imza kaybolana kadar. Buna göre tercüme aşamalarını taşıyın.
  2. Kazanç etkinleştirin ve EMCCD kamera doyurarak olmadan mümkün olduğu kadar kamera entegrasyonu süresini artırın.
  3. Bir numunenin Brillouin kayması gözlemleyin.
    1. Konfokal mikroskobu (ya da diğer optik prob) odak bir örneğini yerleştirin. Uzaysal çözünürlük konfokal mikroskop kullanılır objektif lens bağlıdır. Plastik tabak veya sıvılar için bir küvet kullanın. Ilk ölçüm için Metanol kullanın.
  4. Bir seferde spektrometre hacmi, açık tek maske optimize etmek ve VIPA eğerek ve çeviri aşamasında ayarlayarak spektrometre emirleri ile taramak için. Sinyal güçlü görünen sırayı bulun. Inci kadar tekrar kapat maskee lazer sinyali kaybolur. Diğer maskesi ve VIPA (2.6 ve 3.7 'de açıklandığı) ile tekrarlayın.
  5. Örnek bir ölçüm alın.
    1. Adım 2.7.1 Aşağıdaki yelpazenin bir görüntü alın.
    2. Su ve cam (ya da bilinen Brillouin kayması diğer örnek) spektrumunun bir görüntü alarak kalibrasyon ölçümleri alın. Sol üst köşedeki "dosyasını" tıklayıp "seçeneği olarak kaydetmek" seçerek görüntüyü kaydedin. Veri analiz kamera yazılımı yapılırsa ".sif" biçiminde görüntü kaydetme. Veri analizi başka hesaplama yazılım programında yapılırsa "Tif" biçiminde görüntü kaydetme.

6. Kalibrasyon ve Analiz Brilluoin Spektrum

  1. Ücretsiz spektral aralığı (FR) ve Brillouin spektrometresi optik frekans dönüşüm oranı (PR) EMCCD piksel belirleyin.
    1. Kamera yazılımı veya başka bir COMPUTA verileri yükleyintional yazılım programı.
    2. Su kalibrasyon görüntünün yelpazesinde bir çizgi arsa üretmek için adım 2.7.2 izleyin.
    3. Piksel konumu (P Su-S, p Su-AS) cinsinden pik pozisyonları belirlemek için Lorentz eğrileri ile spektrumun iki tepe monte edin. Alternatif olarak, zirveleri en yüksek puan alarak elle zirve pozisyonlarını okudum.
    4. Cam kalibrasyon görüntü spektrumu ile adımı tekrarlayın 6.1.2-6.1.3.
    5. Alternatif 6.1.1-6.1.4 için, hem EMCCD çerçeve eklemek ve bir kerede tüm dört doruklarına uygun. (Şekil 2)
    6. P Su-AS P Cam-AS 6.1.3'e ve 6.1.4 kararlı değerlerini Denklem 1. Tak kullanarak PR hesaplayın. Ω Cam-AS 29.3 GHz olduğu bilinmektedir. Bu durumda, çünkü ücretsiz spektral aralığı 9.3 GHz frekans kayması ile takma ad görünür sadece 20 GHz. Kolaylık olması açısından Ω Cam AS 9.3 GHz kullanın. Ê için 7.46 GHz kullanınSu AS.
      figure-protocol-1
    7. 6,16 hesaplanan P Cam-S, P Cam-AS ve PR, değerlerini Denklem 2. Tak kullanarak FSR'ye hesaplayın. Ω Cam AS 9.3 GHz kullanın.
      figure-protocol-2

figure-protocol-3

2. Spektrometre kalibrasyonu Şekil. (A) EMCCD kamera çerçeve kalibrasyonu numuneden elde. (B) ölçülen verilerin (mavi) Lorentz eğri fit (kırmızı). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

  1. Brillouin kayması belirleyinBir örnek.
    1. Numunenin yelpazesinde bir çizgi taraması oluşturmak için adım 2.7.2 izleyin.
    2. Piksel konumu açısından zirve pozisyonlarını belirlemek için Lorentz eğrileri ile spektrumun iki tepe takınız. Alternatif olarak, zirveleri en yüksek puan alarak elle zirve pozisyonlarını okudum.
    3. Numunenin Brillouin kayması hesaplamak için FSR'nin ve PR için aşağıdaki denklemleri 4 ve 5 ve daha önceden hesaplanan değerleri kullanın.
      figure-protocol-4

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Şekil 3 temsilci Brillouin spektrumları ve farklı malzemeler için kendi uyuyor gösterir. VIPAs ikisi de yaklaşık 20 GHz FSR ile sonuçlanır 5 mm'lik bir kalınlığa sahiptir. Bu ölçümler için entegrasyon süresi 100 milisaniye idi. 100 ölçüm çıkarılmış ve ortalaması alınmıştır. Bir kalibrasyon ölçüm spektrumları elde öncesinde alınmıştır.

figure-results-1
Farklı malzeme...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Bu spektrometre konfigürasyonunun önemli bir tasarım özelliği, iki kademeli, bağımsız olarak hizalanmış olmasıdır. Her aşamada spektral desen CCD kamera üzerine görüntülü şekilde, 1 görüntüleme sistemi, bir VIPA etalonu optik yol üzerinden kaydırılır zaman spektrometre aşamasında geri kalan lensler 1 oluşturmaktadır. Bu nedenle, diğer aşamanın uyum etkilemeden kendi performansını artırmak için aşamalarında ikisinden biri geri dönmek basittir. Protokolde önerilen çeviri aşamaları ve serbestlik derecesi kümesi bağımsız sp...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Giuliano Scarcelli ve Seok H. Yun, Brillouin spektroskopi teknolojisi ile ilgili patentlere sahiptir.

Teşekkürler

Bu çalışma kısmen Ulusal Sağlık Enstitüleri (P41-EB015903, R21EY023043, K25EB015885), Ulusal Vakıf Bilimi (CBET-0853773) ve İnsan Sınırı Bilim Programı (Genç Araştırmacı Hibesi) tarafından desteklenmiştir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
OPTICS
VIPA (sanal görüntü faz dizisi)LIGH MACHINERYMiktar: 2
SM-25 Mikrometre ile Üç 423 Doğrusal Aşama PaketiNEWPORT423-MIC Miktar: 1
SS Çapraz Makaralı Rulman Çeviri Aşaması, 0,5 inç, 8-32, 1/4-20NEWPORT9066-XMiktar: 1
Vernier Mikrometre, 13  mm Seyahat, 9 lb Yük Kapasitesi, 50.8 TPINEWPORTSM-13Miktar: 1
Ayarlanabilir Genişlik YarıkNEWPORTSV-0.5Miktar: 2
Kompakt Kırlangıç Kuyruğu Doğrusal Aşama, 0.20 inç. Z Seyahat, 1.57x1.57x1.38  içinde.NEWPORTDS40-ZMiktarı: 2
Oluklu Taban Plakası, 25 veya 40  mm ila 65  mm Aşama, 1,1 inç AralıkNEWPORTB-2BMiktar: 2
ø 1/2" optik direk, 8-32 ayar vidası, 1/4"-20 musluk, L = 2", 5 paketTHORLABSTR2-P5Miktar: 2
ø 1/2 "direk tutucular, yaylı altıgen kilitli kelebek vidalar, L = 2", 5 paketTHORLABSPH2-P5Miktar: 1
ø 1/2" Direk Tutucular, Yaylı Altıgen Kilitli Kelebek Vida, L = 3", 5 PaketTHORLABSPH3-P5Miktar:
2" Optik için 1 Imperial Lens Montajı, 8-32 TapTHORLABSLMR2Miktar: 2
f=200.0 mm, Ø 2" Akromatik Çift, ARC: 400-700 nmTHORLABSAC254-200-AMiktar:
1.3 "e kadar 2 Kinematik Montaj (33  mm) Uzun Dikdörtgen Optik, Sağ ElTHORLABSKM100CMiktar: 2
Sabit Silindirik Lens Montajı, Maksimum Optik Yükseklik: 1.60 "(40.6 mm)THORLABSCH1AMiktar: 2
f = 200.00 mm, H = 30.00 mm, L = 32.0 mm, N-BK7 Plano-Dışbükey Silindirik Lens, Yansıma Önleyici Kaplama: 350-700 nmTHORLABSL1653L1-AMiktar: 2
Dik Açılı Direk Kelepçesi, Sabit 90 derece; AdaptörTHORLABSRA90Miktar:
Harici C-Mount Dişli ve Dahili SM1 Dişli 1 AdaptörTHORLABSSM1A9Miktar: 1
Çivili Kaide Taban Adaptörü, 1/4 "-20 İplikTHORLABSPB4Miktar: 2
Aralayıcı, 2 "x 3", 1.000 "KalınTHORLABSBa2S7Miktar: 2
543 nm, f = 15.01 mm, NA = 0.17 FC / APC Fiber Kolimasyon Paketi.THORLABSF260APC-Amiktarı:
ø için 1 SM1 dişli adaptör; 11  mm kolimatörlerTHORLABSAd11FMiktar:
ø için 1 çeviri lens yuvası; 1" Optik, 1 Tutma Halkası DahilTHORLABSLM1XYMiktar: 1
Tek Modlu Yama Kablosu, 450 - 600 nm, FC/APC, 2 m UzunlukTHORLABSP3-460B-FC-2Miktar: 1
1:1 Eşleşen Achr. Çift, f1=30 mm, f2=30 mm, BBAR 400-700 nmTHORLABSMAP103030-AMiktar: 1
SM1 Lens Tüpü ve hellip; CCD'ye bağlı olarak ayarlamak için uzunluk, 3.5 & inçTHORLABSSM1LXXMiktar:
ø için 1 temel adaptör; 1/2" Posta sahipleri ve ø 1" MesajlarTHORLABSBE1Miktar: 8
sıkıştırma çatalı  ø için; 1/2" Posta sahipleri ve ø 1" MesajlarTHORLABSCF125Miktar: 8
HW-KIT5 - Mini Seriler için 4-40 Kapak Vidası ve Donanım Kiti THORLABSHW-KIT5Miktar: 1
D20S - Standart İris, & Oslash; 20,0 mm Maksimum Diyafram THORLABSD20SMiktar: 2
FOR ENCLOSURE
25 mm İnşaat Rayı, L = 21"THORLABSXE25L21Miktar: 6
1" Üç 1/4" (M6) Havşa Delikli İnşaat KüpüTHORLABSRM1GMiktar: 8
25 mm Raylar için Dik Açılı BraketTHORLABSXE25A90Miktar: 12
25 mm İnşaat Rayı, L = 15"THORLABSXE25L15Miktar: 4 
25 mm İnşaat Rayı, L = 9"THORLABSXE25L09Miktar: 8
Yüksek Performanslı Siyah Maskeleme Bandı, 2" x 60 yds. (50 mm x 55 m) RuloTHORLABST743-2.0Miktar: 1
Düşük Profilli T-Somun, 1/4 "-20 Dişli Delik, Adet: 10THORLABSXE25T3Miktar: 1
1/4" -20 Düşük Profilli Kanal Vidaları (100 Vida / Kutu)THORLABSSH25LP38Miktar: 1
60 "(W) x 3 yds. (U) x 0,005" (T) (1,5 m x 2,7 m x 0,12 mm) Karartma KumaşıTHORLABSBK5Miktar: 1
KAMERA, LAZER ve MİKROSKOP
EMCCD kameraANDORiXon Ultra 897Miktar: 1
400 mW tek modlu yeşil lazerLASER QUANTUMtorus 532Miktar: 1
Araştırma Ters Sistem Mikroskobu OLYMPUSIX71Adet: 1

Kaynaklar

  1. Brillouin, L. Diffusion de la lumiere et des rayonnes X par un corps transparent homogene; influence del'agitation thermique. Ann. Phys. (Paris) . 17, 88-122 (1922).
  2. Scarcelli, G., Yun, S. H. Multistage VIPA etalons for high-extinction parallel Brillouin spectroscopy. Opt. Exp. 19 (11), 10913-10922 (2011).
  3. Scarcelli, G. Confocal Brillouin microscopy for three-dimensional mechanical imaging. Nat. Phot. 2 (1), 39-43 (2008).
  4. Nichols, A. J., Evans, C. L. Video-rate Scanning Confocal Microscopy and Microendoscopy. J. Vis. Exp. (56), e3252(2011).
  5. Steelman, Z., Meng, Z., Traverso, A. J., Yakovlev, V. V. Brillouin spectroscopy as a new method of screening for increased CSF total protein during bacterial meningitis. J. Biophoton. 8 (5), 1-7 (2014).
  6. Koski, K. J., Yarger, J. L. Brillouin imaging. Appl. Phys. Lett. 87 (6), 061903(2005).
  7. Faris, G. W., Jusinski, L. E., Hickman, A. P. High-resolution stimulated Brillouin gain spectroscopy in glasses and crystals. J. Opt. Soc. Am. B. 10 (4), 587-599 (1993).
  8. Scarcelli, G., Yun, S. H. In vivo Brillouin optical microscopy of the human eye. Opt. Exp. 20 (8), 9197-9202 (2012).
  9. Scarcelli, G., Besner, S., Pineda, R., Kalout, P., Yun, S. H. In Vivo Biomechanical Mapping of Normal and Keratoconus Corneas. Jama Ophtalmol. , (2015).
  10. Scarcelli, G., Kim, P., Yun, S. H. In Vivo Measurement of Age-Related Stiffening in the Crystalline Lens by Brillouin Optical Microscopy. Biophys. J. 101 (6), 1539-1545 (2011).
  11. Antonacci, G., Foreman, M. R., Paterson, C., Török, P. Spectral broadening in Brillouin imaging. Appl. Phys. Lett. 103 (22), 221105(2013).
  12. Meng, Z., Traverso, A. J., Yakovlev, V. Background clean-up in Brillouin microspectroscopy of scattering medium. Opt. Exp. 22 (5), 5410-5415 (2014).
  13. Reiss, S., Burau, G., Stachs, O., Guthoff, R., Stolz, H. Spatially resolved Brillouin spectroscopy to determine the rheological properties of the eye lens. Biomed. Opt. Exp. 2 (8), 2144-2159 (2011).
  14. Scarcelli, G., Kling, S., Quijano, E., Pineda, R., Marcos, S., Yun, S. H. Brillouin microscopy of collagen crosslinking: noncontact depth-dependent analysis of corneal elastic modulus. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 54 (2), 1418-1425 (2013).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Brillouin SpektroskopisiVIPA SpektrometreSub GHz z n rl kOptik Fiber HizalamaE M CCD KameraK resel Lens KurulumuSilindirik Lens Konfig rasyonuYatay Dikey SahnelelerSerbest Spektral Aral kBrillouin Kaymas l m

İlgili makaleler