Yüksek hızda sürekli uyarılan Brillouin saçılma Spektrometre için malzeme analizi

Bu deneyin amacı, yüksek spektrum çözünürlüğü ve hızı ile bulanık ve bulanık olmayan numunelerin iletim uyarımlı Brillouin spektrumlarını elde etmek için sürekli dalga uyarımlı bir Brillouin saçılma spektrometresi oluşturmak ve çalıştırmaktır. Bu yöntem, hücreler ve doku gibi biyomalzemelerin mekaniğini araştırmak için Brillouin spektroskopisi ve görüntülemenin kullanımını ilerletebilir. Bu tekniğin temel avantajı, bulanık ve bulanık olmayan maddelerin Brillouin spektrumlarının hızlı bir şekilde elde edilmesini sağlayabilmesidir.

Deneye başlamak için, CW-SBS spektrometresinin bileşenlerinin bir optik karta güvenli bir şekilde monte edildiğini doğrulayın. Özel veri toplama yazılımının mikrodalga frekans sayacından, kilitli amplifikatörden, pompa ve prob lazer kontrolörlerinden ve fonksiyon üretecinden veri alıp almadığını kontrol edin. Daha sonra iki adet 25 milimetre çapında 0.17 milimetre kalınlığında cam kapak fişi ve 500 mikrometre kalınlığında politetrafloroetilen banttan yapılmış bir numune haznesini damıtılmış su ile doldurun.

Üç eksenli motorlu bir çeviri aşamasına bir oda tutucu monte edin. Su örneğini hazne tutucusuna sabitleyin. Numuneyi probun ortak odak noktasına çevirin ve odaklama lenslerini pompalayın.

Ardından, pompa lazer gücü 250 miliwatt'ın üzerine çıkana kadar konik amplifikatör pompası lazer kontrol cihazının akım düğmesini ayarlayın. Kilitli amplifikatör zaman sabitini bir saniyeye, alçak geçiren filtreyi oktav başına 24 desibele ve hassasiyeti bir milivolt RMS'ye ayarlayın. Amplifikatör referansı ile sinyal girişleri arasındaki faz kaymasını sıfıra ayarlayın.

Birinci kanaldaki kaçak pompa yansımalarını izlerken, gözlemlenen yansımalar minimuma gelene kadar pompa lazer akımını yavaşça ayarlayın. Ardından rubidyum buharlı hücre ısıtma düzeneği güç kaynağını 17 volt DC'ye ayarlayın.Rubidyum hücresi 90 santigrat derecede stabilize olduğunda, güç ölçeri prob lazer odaklama merceğinin önüne yerleştirin. Ölçülen güç 10 miliwatt'ın üzerine çıkana kadar prob lazer akımını yavaşça ayarlayın.

Ardından, güç ölçeri rubidyum hücresinin arkasına getirin. Ölçülen güç minimuma gelene kadar prob lazer sıcaklığını ayarlayın. Ardından, ölçülen güç 10 miliwatt'ın üzerine çıkana kadar prob lazer akımını ayarlayın.

Pompa ve prob lazerleri arasındaki frekans ayarını numunenin yaklaşık Brillouin kaymasına ayarlamak için prob lazer akımını değiştirin. Kilitli amplifikatör hassasiyetini 100 mikrovolt RMS'ye ayarlayın ve faz kaymasını tekrar sıfıra ayarlayın. Ardından, pompa kirişi katlanır ayna kinematik montajının eğim ve sapma vidalarını dikkatlice çevirin ve pompa ve prob lazerlerinin geçiş verimliliğini optimize etmek için pompa odaklama merceğini sistemin optik ekseni boyunca aktarın.

Prob ışınını bloke edin ve kilitli amplifikatörün birinci kanalını izlerken başıboş pompa lazer yansımalarının seviyelerine dikkat edin. Pompa kaçak yansımalarını hazneden ve numuneden uygun şekilde ayırmak çok önemlidir. Gerekirse, rubidyum hücresinin önüne yerleştirilen irisi hafifçe kapatın ve reddetme seviyelerini iyileştirmek için pompa ile prob lazeri arasındaki çapraz açıyı hafifçe artırın.

Prob ışınının blokajını kaldırın ve uyarılan Brillouin kazanç sinyali maksimum iki mikrovolt RMS'nin üzerine çıkana ve başıboş pompa yansımaları sabit bir minimuma gelene kadar pompayı, lazer aynasını ve odaklama merceğini ayarlamaya devam edin. Sistem numune için optimize edildikten sonra, problanan modülasyon akımı ile pompa-prob frekansı ayarının bozulmasının bir grafiğinden bir kalibrasyon eğrisi oluşturun. Kilitlenmeyi ayarlayın amplifier zaman sabiti 100 mikrosaniyeye eşit veya daha büyük bir değere ayarlayın.

Lazer denetleyici akım modülasyon girişine bağlı fonksiyon üretecini birinci kanala ayarlayın. Bir üçgen dalga formu seçin, genliği 150 milivoltluk bir tepeden tepeye voltaja ayarlayın ve frekansı 50 Hertz'e ayarlayın. Veri toplama birimi örnekleme hızını kanal başına saniyede 100.000 örneğe eşit veya daha az olarak ayarlayın.

Özel veri toplama yazılımını kullanarak, SBG'yi kaydedin ve lazer modülasyon akım sinyallerini en az 10 milisaniye boyunca problayın. Elde edilen verileri hesaplama yazılımına aktarın. Ölçülen prob lazer modülasyon akımı değerlerini pompa probu frekans ayar değerlerine dönüştürmek için kalibrasyon eğrisini kullanın.

Ortalama gürültü tabanını çıkarın. SBG spektrumunu oluşturmak için SBG ölçümlerini pompa probu frekans ayar değerlerine göre çizin. Spektrumun en yüksek noktasının yarısındaki genliği, frekans konumunu ve tam genişliği başlangıç değerleri olarak kullanarak spektrumu bir Lorentzian eğrisi ile eşleştirin.

Brillouin kaymasını ve çizgi genişliğini, Lorentzian uyumunun sırasıyla maksimum ve tam genişliğin frekans konumlarından hesaplayın. Karşılık gelen bir histogram oluşturmak için tekrarlanan Lorentzian takılı spektrumlardan elde edilen değerleri kullanın. Damıtılmış su ve lipid emülsiyon dokusu fantom numunelerinin SBG spektrumları, yaklaşık sekiz mikrometrelik bir uzamsal çözünürlüğe sahip bu yöntem kullanılarak oluşturuldu.

Su örnekleri 10 saniye ve 10 milisaniyede, lipid örnekleri ise 10 saniye ve 100 milisaniyede alındı. Hızlı elde edilen spektrumlardan belirlenen ortalama Brillouin kaymaları su için 5.08 gigahertz ve doku fantomu için 5.11 gigahertz idi. Bu değerler, 10 saniye boyunca kaydedilen spektrumlardan hesaplananlarla ve literatür değerleriyle tutarlıydı.

Her numune üzerinde 200 ardışık ölçüm yapıldı ve tahmini Brillouin kaymalarının dağılımlarının standart sapmaları değerlendirildi. Standart sapmalar su ve doku örnekleri için sırasıyla 8.5 megahertz ve 33 megahertz idi. Bu videoyu izledikten sonra, iletim modunda uyarılmış Brillouin tarafından kazanılan su ve doku benzeri numunelerin spektrumlarını hızlı bir şekilde ölçmek için uyarılmış bir Brillouin saçılma spektrometresinin nasıl monte edileceğini ve çalıştırılacağını iyi anlamış olmalısınız.