Hier präsentieren wir ein Protokoll, um eine schnelle Brillouin-Spektrometer zu bauen. Cascading virtuell abgebildeten Phasen-Array (VIPA) Etalons erreichen eine Messgeschwindigkeit mehr als 1.000 mal schneller als herkömmliche Scan Fabry-Perot-Spektrometer. Diese Verbesserung stellt die Mittel für die Brillouin-Analyse von Gewebe und Biomaterialien bei niedrigen Leistungspegeln in vivo.
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Methodenartikel
High Speed Unter GHz-Spektrometer für Brillouin-Streuung Analysis
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Das Ziel des Protokolls ist es, eine parallele hoher Extinktion und hochauflösende optische Brillouin-Spektrometer zu bauen. Brillouin-Spektroskopie ist eine berührungslose Messverfahren, die verwendet werden kann, um direkte Auslesen der viskoelastischen Materialeigenschaften zu erhalten. Es ist ein nützliches Werkzeug in der Materialcharakterisierung, Strukturüberwachung und Umweltanalytik. In der Vergangenheit hat die Brillouin-Spektroskopie üblicherweise verwendeten Scan Fabry-Perot-Etalons zur Spektralanalyse durchzuführen. Dieser Prozess erfordert hohe Lichtleistung und lange Akquisitionszeiten, so dass die Technik für biomedizinische Anwendungen ungeeignet. Ein kürzlich vorgestellten neuen Spektrometers überwindet diese Herausforderung, indem zwei Vipas in einer Querachsenkonfiguration. Diese Innovation ermöglicht es Unter Gigahertz (GHz) Auflösung Spektralanalyse mit Sub-Sekunden Aufnahmezeit und Beleuchtungsleistung innerhalb der Sicherheitsgrenzen von biologischem Gewebe. Die mehrfachen neuen Anwendungen von dieser Verbesserung erleichtert sind currently in der biologischen Forschung und klinischer Anwendung erforscht.
Einleitung
Brillouin-Streuung, die zuerst von Leon Brillouin 1 1922 beschrieben, ist die unelastische Streuung von Licht aus der thermischen akustischen Moden in einer festen und aus den thermischen Dichteschwankungen in einer Flüssigkeit oder einem Gas. Die Spektralverschiebung des gestreuten Lichts, in der Regel in der Sub-GHz-Bereich, stellt Informationen über die Wechselwirkung zwischen dem einfallenden Licht und den akustischen Phononen in der Probe. Als Ergebnis kann nützliche Informationen hinsichtlich der viskoelastischen Eigenschaften des untersuchten Materials.
In seiner spontanen Version weist Brillouin-Streuung im allgemeinen ....
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Protokoll
Anmerkung: Brillouin Spektralanalyse erfordert eine Einzellängsmode-Laser (~ 10 mW bei der Probe). Zum Ausrichten Zwecke, mit einem stark abgeschwächten Teil dieses Laserstrahls (<0,1 mW).
1. Initial Setup der Faser und der EMCCD (Electron Multiplizierte Charge Coupled Device) Kamera
- Identifizieren etwa 1.600 mm frei ausrichtenden Raum für das Spektrometer auf einem optischen Tisch.
- Montieren Sie das EMCCD Kamera auf das Ende des freien Ausrichten Raum.
- Verwenden Stellschrauben, um die Kamera an Beiträge anhängen. Ziehen Sie die Beiträge in der Posthalter an der gewünschten Höhe der optischen Achse. Ziehen Sie die F....
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Ergebnisse
Abbildung 3 zeigt repräsentative Brillouin-Spektren und ihre Sitze für verschiedene Materialien. Die Vipas beide eine Dicke von 5 mm, die in einem FSR Ergebnisse von ungefähr 20 GHz. Die Integrationszeit für diese Messungen betrug 100 msec. 100 Messungen durchgeführt und gemittelt. Ein Kalibrierungsmessung wurde vor dem Erwerb der Spektren aufgenommen.
A.......
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Diskussion
Ein wesentliches Konstruktionsmerkmal dieses Spektrometers Konfiguration ist, dass die beiden Stufen unabhängig ausgerichtet werden. Wenn ein VIPA Etalon wird aus dem optischen Weg geschoben, werden die restlichen Linsen des Spektrometers Stufe bilden ein 1: 1-Abbildungssystem, so dass die spektrale Muster von jeder Stufe wird auf die CCD-Kamera abgebildet. Daher ist es einfach, wieder auf eine der beiden Stufen zu gehen, um seine Leistung, ohne die Ausrichtung der anderen Stufe zu verbessern. Die Menge der Translations.......
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Offenlegungen
Giuliano Scarcelli und Seok H. Yun halten Patente im Zusammenhang mit der Brillouin-Spektroskopie-Technologie.
Danksagungen
Diese Arbeit wurde teilweise unterstützt von den National Institutes of Health (P41-EB015903, R21EY023043, K25EB015885), der National Science of Foundation (CBET-0853773) und dem Human Frontier Science Program (Young Investigator Grant).
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| OPTICS | |||
| VIPA (virtuelles Bild-Phasenarray) | LIGH MACHINERY | Menge: 2 | |
| Bündel von drei 423 Lineartischen mit SM-25 Mikrometern | NEWPORT | 423-MIC | Menge: 1 |
| SS Kreuzrollenlager-Verschiebetisch, 0,5 Zoll, 8-32, 1/4-20 | NEWPORT | 9066-X | Menge: 1 |
| Nonius Mikrometer, 13 mm Federweg, 9 lb Tragfähigkeit, 50,8 TPI | NEWPORT | SM-13 | Menge: 1 |
| Schlitz mit einstellbarer Breite | NEWPORT | SV-0,5 | Menge: 2 |
| Kompakter Schwalbenschwanz-Lineartisch, 0,20 Zoll Z Verfahrweg, 1,57x1,57x1,38 in. | NEWPORT | DS40-Z | Menge: 2 |
| geschlitzte Grundplatte, 25 oder 40 mm bis 65 mm Tisch, 1,1 Zoll Bereich | NEWPORT | B-2B | Menge: 2 |
| Ø 1/2" Optischer Stift, 8-32 Stellschraube, 1/4"-20 Gewindebohrer, L = 2", 5er Pack | THORLABS | TR2-P5 | Menge: 2 |
| Ø 1/2" Pfostenhalter, gefederte Sechskant-Rändelschrauben, L = 2", 5er Pack | THORLABS | PH2-P5 | Menge: 1 |
| Ø 1/2" Pfostenhalter, federbelastete Sechskant-Rändelschraube, L = 3", 5er Pack | THORLABS | PH3-P5 | Menge: 1 |
| Zoll-Objektivfassung für 2" Optik, 8-32 Gewindebohrer | THORLABS | LMR2 | Menge: 2 |
| f=200,0 mm, Ø 2" achromatisches Doublet, ARC: 400-700 nm | THORLABS | AC254-200-A | Menge: 2 |
| Kinematische Halterung für bis zu 1,3" (33 mm) Hohe rechteckige Optik, Rechtshänder | THORLABS | KM100C | Menge: 2 |
| feste zylindrische Objektivfassung, maximale optische Höhe: 1,60" (40,6 mm) | THORLABS | CH1A | Menge: 2 |
| f=200,00 mm, H=30,00 mm, L=32,0 mm, N-BK7 Plankonvexe Zylinderlinse, Antireflexbeschichtung: 350-700 nm | THORLABS | L1653L1-A | Menge: 2 |
| rechtwinklige Pfostenklemme, fest 90°; Adapter | THORLABS | RA90 | Menge: 1 |
| Adapter mit externen C-Mount Gewinden und internen SM1 Gewinden | THORLABS | SM1A9 | Menge: 1 |
| Noppensockel Adapter, 1/4"-20 Gewinde | THORLABS | PB4 | Menge: 2 |
| Abstandshalter, 2" x 3", 1.000" dick | THORLABS | Ba2S7 | Menge: 2 |
| 543 nm, f=15.01 mm, NA=0.17 FC/APC Faser Kollimations-Pkg. | THORLABS | F260APC-A | Menge: 1 |
| SM1-Gewindeadapter für Ø 11 mm Kollimatoren | THORLABS | Ad11F | Menge: 1 |
| Konverter Halterung für Ø 1" Optik, 1 Sicherungsring im Lieferumfang enthalten | THORLABS | LM1XY | Menge: 1 |
| Singlemode Patchkabel, 450 - 600 nm, FC/APC, 2 m lang | THORLABS | P3-460B-FC-2 | Menge: 1 |
| 1:1 abgestimmt achr. Paar, f1=30 mm, f2=30 mm, BBAR 400-700 nm | THORLABS | MAP103030-A | Menge: 1 |
| SM1 Objektivtubus … Die Länge zum Einstellen hängt von der CCD ab, wir haben 3,5 Zoll | THORLABS | SM1LXX | Menge: 1 |
| Basis Adapter für Ø 1/2" Pfostenhalter und Ø 1" Pfosten | THORLABS | BE1 | Menge: 8 |
| Klemmgabeln für Ø 1/2" Pfostenhalter und Ø 1" Pfosten | THORLABS | CF125 | Menge: 8 |
| HW-KIT5 - 4-40 Zylinderschraube und Hardware-Kit für Mini-Serie | THORLABS | HW-KIT5 | Menge: 1 |
| D20S - Standard-Blende und Oslash; 20,0 mm maximale Blende | THORLABS | D20S | Menge: 2 |
| FOR ENCLOSURE | |||
| 25 mm Construction Rail, L = 21" | THORLABS | XE25L21 | Menge: 6 |
| 1" Construction Cube mit drei 1/4" (M6) Senkbohrungen | THORLABS | RM1G | Menge: 8 |
| rechtwinklige Halterung für 25 mm Schienen | THORLABS | XE25A90 | Menge: 12 |
| 25 mm Bauschiene, L = 15" | THORLABS | XE25L15 | Menge: 4 |
| 25 mm Bauschiene, L = 9" | THORLABS | XE25L09 | Menge: 8 |
| High Performance Schwarzes Abdeckband, 2" x 60 yds. (50 mm x 55 m) Rolle | THORLABS | T743-2.0 | Menge: 1 |
| T-Mutter mit niedrigem Profil, 1/4"-20 Gewindeloch, Menge: 10 | THORLABS | XE25T3 | Menge: 1 |
| 1/4"-20 Flachprofil-Kanalschrauben (100 Schrauben/Karton) | THORLABS | SH25LP38 | Menge: 1 |
| 60" (B) x 3 yds. (L) x 0,005" (T) (1,5 m x 2,7 m x 0,12 mm) Verdunkelungsgewebe | THORLABS | BK5 | Menge: 1 |
| CAMERA, LASER und MIKROSKOPEMCCD-Kamera | |||
| ANDOR | iXon Ultra 897 | Menge: 1 | |
| 400 mW Singlemode grüner Laser | LASER QUANTUM | torus 532 | Menge: 1 |
| Inverses Systemmikroskop für die Forschung | OLYMPUS | IX71 | Menge: 1 |
Referenzen
- 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).
- Scarcelli, G., Yun, S. H. Multistage VIPA etalons for h....
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Nachdrucke und Genehmigungen
