Brillouin Saçılma Analiz Yüksek Hızlı Alt GHz Spektrometre

Bu spektrometrenin genel amacı, doku ve biyomalzemelerin Brillouin saçılma imzalarını ölçmektir. Brillouin saçılma spektrumları, boyuna elastik modül gibi malzeme özellikleri hakkında temassız ve non-invaziv bilgiler sağlar. Bu yöntem, doku biyomekaniğindeki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Örneğin, kornea dokusunda, keratokonus tanısı ve tedavisi için kornea mukavemetini ölçebiliriz.

Bu tekniğin temel avantajı, spektral analizin düşük ışık gücüyle gerçekleştirilebilmesidir; bu durum tekniği in vivo kullanım için güvenli kılarak biyolojik görüntülemeye olanak tanır. Bir optik masa üzerinde konumlandırılmış bir kamera ve optik fiber ile işleme başlayın. Burada, optik yolun bir ucuna bir E-M-C-C-D kamera monte edilmiştir. Kamera görüntüleri yakalamalı ve bunları bir monitörde görüntülemelidir.

Kameranın yaklaşık 1600 milimetre önünde, kamera yüksekliğinde bir fiber kolimatör bulundurun. Kolimatörü tek boyuna modlu bir lazere bağlayın.

0.1 milliwatt'tan daha düşük bir lazer gücü kullanın ve irisi istenen optik eksen boyunca hareket ettirerek hizalamayı kontrol edin. Bu şema, kurulumun bu aşamadaki genel görünümünü sağlamaktadır. Ardından, kameranın önüne bir aromatik lens çifti ekleyin.

Bu eşleşmiş aromatik lens çifti 30 milimetre odak uzaklığına sahiptir. Şimdi yatay tabla için elemanları eklemeye başlayın. Öncelikle, yatay bir öteleme tablası üzerine, aromatik lens tarafından kameraya görüntülenecek şekilde bir yatay maske ekleyin.

Tabla, ışın yoluna dik olarak hareket etmelidir. Görüntünün, bu fotoğraftaki gibi keskin kenarlar gösterdiğini doğrulamak için bilgisayar ekranındaki görüntüyü izleyin. Yatay maskenin 600 milimetre önüne küresel bir mercek yerleştirme hazırlıklarına geçin.

Öncelikle, ışın hizalamasına yardımcı olmak için her biri bir post ve post tutucuya sabitlenmiş iki iris hazırlayın; irislerden birini hedeflenen lens konumu ile yatay maske arasına yerleştirin. Diğer irisi ise hedeflenen lens konumunun ötesine yerleştirin. Irislerin yüksekliğinin, ışının her ikisinin arasından temiz bir şekilde geçmesine izin verdiğinden emin olun.

Hizalamanın kontrolü tamamlandığında, 200 mm odak uzaklığına sahip, posta monte edilmiş küresel lensle çalışmaya geçin. Lensi, iki iris arasında yatay maskenin 600 mm önüne yerleştirmek için bir post tutucu kullanın ve post tutucuyu sabitleyin. İşte küresel lens S1 konumlandırıldıktan sonraki düzeneğin şeması.

Eklenecek bir sonraki eleman, sanal olarak görüntülenen faz dizilerinin veya vipa S'lerin ilkidir. vipa'yı eklemek için tezgah üzerinde yatay bir öteleme tablası bulundurun. Küresel lensin yaklaşık 200 milimetre önünde, tablayı ışına dik hareket edecek şekilde yönlendirin; tablayı bir destek ve destek tutucusu üzerine monte edilmiş bir vipa tutucuya sabitleyin. Şimdi monte edilecek vipa'yı hazırlayın.

Her vipa'nın, bu vipa için uygun şekilde yönlendirilmesi gereken bir giriş yarığı vardır. Yarığı dikey konumlandırarak vipa'yı vipa tutucusuna yerleştirin ve vipa bağlantı noktasının konumunda hassas ayarlamalar yapın. Böylece vipa girişi, küresel lensin odak düzleminde tam olarak yer alır.

Kuruluma devam etmek için vipa'yı ışın yolunun dışına taşıyın. Ardından, hizalama için her iki yanında irisleri bulunan yatay maskenin 200 milimetre önüne ikinci küresel lensi yerleştirmeye hazırlanın; şemada Vipa iki'nin ışın yolunun dışında olduğunu belirtmek için kaydırıldığını unutmayın. Küresel lensi, irisler arasındaki bir translasyon tablası üzerine bir destek çubuğu kullanarak monte edin.

Devam etmeden önce, translasyon tablasını optik yol boyunca hareket edecek şekilde yönlendirin. Lensten gelen geri yansımanın iristen temiz bir şekilde geçtiğini kontrol edin. Ayrıca, çıkan ışının lensin karşı tarafındaki iristen temiz bir şekilde geçtiğini kontrol edin.

Ardından, giriş SL'si tekrar ışın yolu üzerinde olacak şekilde vipa'yı hareket ettirin. Bunu, vipa'nın bağlı olduğu translasyon tablasının konumunu ayarlayarak yapın. Işık vipa'ya girerken, bilgisayar monitöründeki kamera görüntüsünün dikey çizgilerini gözlemleyin.

Monitördeki çizgileri gözlemlerken ikinci küresel lensin konumunu ayarlama işlemine geçin. Çizgileri netleştirmek için taşıma tablasını hassas bir şekilde ayarlayın ve çizgiler odaklandığında durun. Ardından, vipa tutucu ile çalışın.

Spektrumu ayarlamak için, ışının giriş konumunu ayarlanabilir yarıkla uyumlu hale getirmek amacıyla yatay öteleme serbestlik derecesini kullanın. Giriş yarığı ötelendikçe bilgisayar monitöründeki görüntünün tepkisini gözlemleyin. Ayrıca, ışının giriş açısını ayarlamak için yatay eğim serbestlik derecesini kullanın.

Eğim ayarlamalarıyla ilgili geri bildirim almak için bilgisayar ekranındaki görüntüyü tekrar izleyin. Bu noktada, spektrometrenin yatay aşaması tamamlanmıştır. Dikey aşamayı kurmak için, translasyonel sahneyi kullanarak vipa'yı ışın yolundan dışarı kaydırın.

Ardından, küresel merceğin 200 milimetre önündeki bir konuma, maskenin ışın yolundan çıkarılmasına olanak tanıyan dikey bir translasyon tablasına monte edilmiş dikey bir maske yerleştirin. Dikey maskenin CCD kamera üzerinde net bir şekilde görüntülendiğinden emin olun.

Bir sonraki bileşen, dikey maskenin 600 milimetre önünde yer alan silindirik bir mercek olacaktır. İki iris arasına 200 milimetre odak uzaklığına sahip bir mercek yerleştirmek için bir direk tutucu kullanın.

İkinci vipa, silindirik lensin 200 milimetre önünde dikey bir öteleme tablası üzerinde olacaktır. vipa'nın ışın yolu dışına çıkarılabilmesine olanak tanımak için vipa tutucuyu dikey bir öteleme tablası üzerinde yerleştirin. Giriş yarığını dikkatlice yatay olarak hizalayarak vipa'yı bir destek çubuğu ve destek tutucu kullanarak tablaya monte edin.

Vipa'nın konumunu, silindirik merceğin odak düzlemine tam olarak yerleşecek şekilde ayarlayın. Ardından, onu ışın yolunun dışına taşıyın. Son eleman ise ikinci bir silindirik mercektir.

Dikey maskenin 200 milimetre önüne yerleştirilmiştir. Bu lens için, optik yol boyunca yönlendirilmiş bir translasyon tablası monte edin ve ikinci silindirik lensi tabla üzerine hizalayın. En son yerleştirilen vipa vipa'ya geri dönün ve onu tekrar ışın yoluna sürün.

Işının aligana giriş konumunu ayarlamak için dikey öteleme serbestlik derecesini kullanın. Ayarlamanın bilgisayar monitöründeki kamera görüntüsü üzerindeki etkisini gözlemleyin. Işının giriş açısını ayarlamak için dikey eğim serbestlik derecesini düzenleyerek devam edin.

Ayarlamaların etkileri hakkında geri bildirim almak için bilgisayar monitörünü izleyin. Şimdi sistemin iki aşamasını birleştirme zamanı. Bunu, optik yola monte edilmiş olan birinci VIPA'nın yanına VIPA iki'yi kaydırarak yapın.

Yatay ve dikey olarak yerleştirilmiş noktaları gözlemleyerek vipa S ayarını yapın. Tek frekanslı lazerin spektral imzasıyla birlikte noktalar odaklandığında bilgisayar monitörünü durdurun. Bu yazılımdaki kamera yazılımını kullanarak imzanın bir görüntüsünü alın.

Görüntünün üzerine sağ tıklayın ve çizgi grafiği seçeneğini belirleyin. Bir çizgi grafiği oluşturmak için imleci görüntünün üzerinden çapraz olarak sürükleyin. Ardından, bu örnek grafikte finesse değerini belirlemek için kullanılacak olan grafiği görüntülemek üzere imleci bırakın; gerekli olan iki ölçüm belirtilmiştir.

Öncelikle, iki nokta arasındaki diyagonal mesafe olan serbest spektral aralığı ölçün. Ardından, yarı maksimumdaki tam genişliği ölçün. Serbest spektral aralığı, yarı maksimumdaki tam genişliğe bölün ve oran 30'dan büyükse işleme devam edin.

Tezgaha geri dönüldüğünde, devam etmeden önce spektrometreyi burada farklı bir düzenekle gösterilen karartma kumaşıyla kaplı bir iskelet kutu ile çevreleyin; maskelerin ve vipa'nın kolayca erişilebilir olduğundan emin olun. Son olarak, fiberi standart bir optik proba bağlayın. Bu durumda, buraya bir konfokal mikroskop gelir.

Brion kaymasının ölçümündeki adımları göstermek için kapağı açık bir düzenek kullanılır. İlk olarak, ayarlanacak maskelerden birini seçin. Bu durumda, yatay maskeyi mikrometresini kullanarak kapatmaya başlayın.

Bilgisayar monitöründeki lazer imzasını gözlemleyin. Amaç, köşelerde görülen lazer imzasını engellemektir. İmzayı engellemeye yardımcı olmak için maskeyi yatay olarak ortalamak amacıyla translasyon tablasını kullanın.

Monitördeki lazer imzasının davranışını gözlemlemeye devam edin. İmza engellenene kadar maskeyi kapatma ve kaydırma işlemleri arasında yineleme yapın. Ardından aynısını dikey maske ile gerçekleştirin.

Numune yüklendikten sonra, dikey sahne verimliliğini optimize etmeye başlamak için dikey sahne maskesini açın. Dikey sahne vipa vipa birimine geçerek, AL'ye giriş açılarını kapsayacak şekilde vipa eğim konumunu değiştirin, spektrometre derecelerini tarayın ve en keskin sinyale sahip derecede durun. Lazer sinyali kaybolana kadar maskeyi tekrar kapatın.

Ölçümleri yapmadan önce optimizasyon sürecini yatay maske ve vipa ile tekrarlayın. Burada metanol, etanol ve polistiren için ölçülen Brion spektrumları yer almaktadır. Bu grafiklerde, ölçülen veriler mavi renktedir.

Lian eğri uydurması kırmızı renktedir. Kullanılan vipa'lar beş milimetre kalınlığındadır ve yaklaşık 20 gigahertz'lik bir serbest spektral aralık sağlamaktadır. Entegrasyon süresi 100 milisaniyedir.

100 ölçüm alınmış ve ortalaması hesaplanmıştır. Brion kaymaları, daha önce yayınlanan sonuçlarla uyumludur. Bu histogram, metanolün 250 ardışık ölçümünde bulunan Brion kaymalarını göstermektedir.

Veriler, spektrometre hizalamasının optimal olup olmadığını belirlemeye yardımcı olmuştur. Numune üzerine 5 mW ışık düşen ve 100 ms entegrasyon süresine sahip, iyi hizalanmış bir spektrometrenin standart sapması yaklaşık 10 MHz olacaktır. Bu prosedür uygulanırken, lazer ışığı veya saçılan ışık kullanıldığında kamera ayarlarının değiştirilmesinin önemli olduğu unutulmamalıdır.

Aksi takdirde, E-M-C-C-D kamera doygunluğa ulaşacak ve zamanla yıpranacaktır. Lazerlerle çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini ve lazer ışınına asla doğrudan bakmamak gibi önlemlerin gerektiğini unutmayın. Bu prosedür gerçekleştirilirken her zaman koruyucu gözlük takılmalı ve hizalama göz seviyesinin altında yapılmalıdır.