This work was supported in part by the National Institutes of Health (P41-EB015903, R21EY023043, K25EB015885), National Science of Foundation (CBET-0853773) and Human Frontier Science Program (Young Investigator Grant).

Not: Brillouin spektral analizi tek boyuna mod lazer (~ numune 10 mW) gerektirir. Amaçları hizalanması için, bu lazer ışınının (&lt;0.1 mW) bir kuvvetle zayıflatılmış bir kısmını kullanır. 1. İlk Fiber Kurulum ve EMCCD (Elektron çarpınız Charge Coupled Device) Kamera <ol><li> Bir optik masaya spektrometre için yaklaşık 1.600 mm boş hizalama alanı belirleyin. </li><li> Ücretsiz hizalama alanı sonunda EMCCD kamera monte edin. <ol><li> Mesajlarý kamerayı bağlamak için ayar vidalarını kullanın. Istenen optik eksen yüksekliğinde sonrası tutuculara mesajları sıkın. Masa kelepçeler kullanılarak optik masanın üzerine yazılan sahipleri sıkın. </li></ol></li><li> EMCCD Kamerayı açın. Kamera doygunluk önlemek için dikkatli olun. <ol><li> Laboratuar bilgisayarda kamera yazılımı yükleyin ve fotoğraf makinesini bilgisayara bağlayın. </li><li> Kazanç devre dışı bırakın ve düşük entegrasyon süresi (~ 0.01 sn) ayarlayın. EMCCD görüntüleri elde başlayın. Kamera görüntüyü gözlemleyinBilgisayar ekranında s. </li></ol></li><li> Kamera önünde 1600 mm ilgili lif kolimatör monte edin. <ol><li> Lif kolimatör adaptörü elyaf kolimatör yerleştirin. </li><li> 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. </li></ol></li><li> Optik eksen boyunca çıkış ışınını aynı hizaya getirin. <ol><li> Bir mesaja standart iris bağlamak için bir ayar vidasını kullanın. Sonrası tutucu içine yazı sıkın. </li><li> Lif kolimatör (&lt;50 mm) önünde iris yerleştirin. Işınına iris yüksekliğini ayarlayın. Kameraya doğrudan işaret etmelidir istenen optik eksen boyunca iris, hareket ettirin. </li><li> 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. </li></ol></li><li> Kamera önünde bir eşleştirilmiş akromatik objektif çifti (f = 30 mm) monte edin. </li></ol> Spektrometre 2. Yatay Sahne <ol><li> Yatay maske takın. <ol><li> 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) </li><li> 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. </li></ol></li><li> Dağı ve küresel lensi S1 (f = 200 mm), yatay maske önünde 600 mm hizalayın. <ol><li> Sonrası tutucu üzerine S1 monte ayar vidalarını kullanın. Sonrası tutucu içine yazı sıkın. </li><li> 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. </li><li> 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. </li></ol></li><li> Küresel lensin odak düzlemi Mount VIPA2 (S1 önünde 200 mm). <ol><li> 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) </li><li> Dikey olarak yönlendirilmiş giriş açıklığının VIPA tutucu dikkatlice VIPA2 yerleştirin. (Şekil 1) </li><li> Pozisyon o ince ayarlamaf VIPA S1 odak düzleminde tam olarak monte edilir. (Beyaz kart ile ışın bel izleyerek kontrol edin.) </li><li> Öteleme aşamada serbestlik derecesi kullanılarak kiriş dışına optik masa ve slayt VIPA2 üzerine translasyonel sahne sıkmak için kapak vidaları kullanın. </li></ol></li><li> 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. </li><li> Işın yoluna VIPA2 giriş kaydırmak için yatay öteleme sahne (2.3.4) kullanın. Kamera görüntüsünde dikey çizgiler dikkat edin. <ol><li> Kamera görüntüsünde dikey çizgiler görünür kadar 2.4 monte translasyonel sahne kullanarak S2 İnce ayarlamakkeskin. </li></ol></li><li> 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. </li><li> Incelik ve verimi ölçün. <ol><li> Sol üst köşedeki &quot;satın alma kurulumu&quot; tıklayıp seçeneği kamera yazılımı &quot;görüntü çekmek&quot; seçerek alternatif F5 tuşuna basarak veya bir görüntü almak. </li><li> Sağ resmin üzerine tıklayınız ve seçenek &quot;hat komplo&quot; seçiniz. Bir çizgi arsa üretmek için resmi yatay imleci sürükleyin. Oluşturulan çizgi arsa gözlemlemek için imleci bırakın. </li><li> Incelik ölçmek için hat arsa kullanın. Yarım maksimum (FWHM) onların tam genişliğinde iki tepe arasındaki mesafeyi bölün. &gt; 30 hedefleyin. </li><li> Measurin tarafından verimini belirlemekg hemen öncesi ve sonrasında VIPA2 bir güç ölçer güç. &gt;% 50 hedefleyin. </li><li> Dinle VIPA tutucu (2.6) üzerine serbestlik derecesi ile etalon içine ışının giriş açısı ve ticaret-off incelik ve hacmi arasında gözlemleyin. </li></ol></li><li> 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. </li></ol> Spektrometre 3. Dikey Sahne <ol><li> VIPA (VIPA2) kaydırın, translasyonel sahne (2.3.4) kullanılarak kiriş dışına, part 2 hizalanmış. 1 görüntüleme sistemi: spektrometresi yatay aşaması artık 1 olarak davranacaktır. </li><li> Dikey maske takın. <ol><li> 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) </li><li> Kullanım kapak vidaları dikey maske EMCCD kamera üzerine keskin S1 önünde 200 mm görüntülü şekilde optik masanın üzerine dikey öteleme sahne sıkın. </li></ol></li><li> Dağı silindirik lens C1 (f = 200 mm), dikey maske önünde 600 mm hizalayın ve. <ol><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li></ol></li><li> Silindirik lensin odak düzlemi Mount VIPA1 (C1 önünde 200 mm). <ol><li> 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) </li><li> Yatay yönelimli giriş açıklığının VIPA tutucu içine dikkatlice VIPA1 yerleştirin. (Şekil 1) </li><li> VIPA pozisyonu C1 odak düzleminde tam VIPA1 yerleştirmek için montaj İnce ayarlar. (Beyaz kart ile ışın bel izleyerek kontrol edin.) </li><li> Kullanım kap vidaları, optik masanın üzerine dikey öteleme sahne sıkın ve translasyonel aşamada özgürlüğü derecesini kullanarak kiriş dışına VIPA1 kaydırın. </li></ol></li><li> 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. </li><li> Işın yoluna VIPA1 giriş kaydırın çeviri aşamasında (3.4.4) kullanın. Kamera görüntüsünde yatay çizgiler dikkat edin. <ol><li> Kamera görüntüsünde yatay çizgiler keskin görünür kadar 3.5 monte translasyonel sahne kullanarak C2 Fine-ayarlayın. </li></ol></li><li> 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. </li><li> Incelik ve verimi ölçün. <ol><li> Kamera ekranında bir görüntü üzerinde dikey bir çizgi arsa oluşturmak için adımları 2.7.1 -2.7.2 izleyin. </li><li> Yarım maksimum (FWHM) onların tam genişliğinde iki yatay çizgi arasındaki mesafeyi bölerek incelik ölçmek için hat arsa kullanın. &gt; 40 hedefleyin. </li><li> Hemen önce ve VIPA1 sonra güç ölçer ile güç ölçerek hacmini ölçün. &gt;% 30 hedefleyin. </li><li> Dinle VIPA tutucu (3.7) üzerine serbestlik dikey eğim derecesi ile etalon içine ışının dikey giriş açısı. Incelik ve verim arasındaki ticaret-off gözlemleyin. </li></ol></li><li> 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. </li></ol> İki Aşamaları ve Final Uyum 4. Kombinasyon <ol><li> 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. </li><li> Spektrometre incelik ve verimi ölçün. <ol><li> Adımları izleyin 2.7.1.-2.7.2 çapraz lazer nokta arasında iki çizgi arsa üretmek için. </li><li> Yarım maksimum (FWHM) onların tam genişliğinde iki nokta arasındaki mesafeyi diyagonal bölerek incelik ölçmek için hat arsa kullanın. &gt; 30 hedefleyin. </li></ol></li><li> Spektrometre içine bir kara kutu oluşturun. <ol><li> (In x 15 x 9 63) CCD kamera fiber kolimatör kadar tüm spektrometresi içine almalısınız kutu iskelet inşa etmek inşaat rayları kullanın. </li><li> Blackout Kumaş ile kutu iskeleti örtün ve köşelerde sıkı bantlayın. Maskeler ve VIPAs kolayca erişilebilir olduğundan emin olun. </li></ol></li><li> Böyle bir yansıma konfokal mikroskop 4 olarak standart optik prob, fiber bağlayın. Standart optik pgeri saçılan ışık toplamak için kullanılan elbiseler Brillouin sinyalini taşıyacak. </li></ol> 5. Brillouin Shift Ölçme <ol><li> Yakın hem dikey hem de yatay maskeler lazer imza kaybolana kadar. Buna göre tercüme aşamalarını taşıyın. </li><li> Kazanç etkinleştirin ve EMCCD kamera doyurarak olmadan mümkün olduğu kadar kamera entegrasyonu süresini artırın. </li><li> Bir numunenin Brillouin kayması gözlemleyin. <ol><li> 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. </li></ol></li><li> 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 &#39;de açıklandığı) ile tekrarlayın. </li><li> Örnek bir ölçüm alın. <ol><li> Adım 2.7.1 Aşağıdaki yelpazenin bir görüntü alın. </li><li> Su ve cam (ya da bilinen Brillouin kayması diğer örnek) spektrumunun bir görüntü alarak kalibrasyon ölçümleri alın. Sol üst köşedeki &quot;dosyasını&quot; tıklayıp &quot;seçeneği olarak kaydetmek&quot; seçerek görüntüyü kaydedin. Veri analiz kamera yazılımı yapılırsa &quot;.sif&quot; biçiminde görüntü kaydetme. Veri analizi başka hesaplama yazılım programında yapılırsa &quot;Tif&quot; biçiminde görüntü kaydetme. </li></ol></li></ol> 6. Kalibrasyon ve Analiz Brilluoin Spektrum <ol><li> Ücretsiz spektral aralığı (FR) ve Brillouin spektrometresi optik frekans dönüşüm oranı (PR) EMCCD piksel belirleyin. <ol><li> Kamera yazılımı veya başka bir COMPUTA verileri yükleyintional yazılım programı. </li><li> Su kalibrasyon görüntünün yelpazesinde bir çizgi arsa üretmek için adım 2.7.2 izleyin. </li><li> 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. </li><li> Cam kalibrasyon görüntü spektrumu ile adımı tekrarlayın 6.1.2-6.1.3. </li><li> Alternatif 6.1.1-6.1.4 için, hem EMCCD çerçeve eklemek ve bir kerede tüm dört doruklarına uygun. (Şekil 2) </li><li> P Su-AS P Cam-AS 6.1.3&#39;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. <img alt="Denklem 1" class="jove_content" p="" src="/files/ftp_upload/53468/53468eq1.jpg" /></li><li> 6,16 hesaplanan P Cam-S, P Cam-AS ve PR, değerlerini Denklem 2. Tak kullanarak FSR&#39;ye hesaplayın. Ω Cam AS 9.3 GHz kullanın. <img alt="Denklem 2" class="jove_content" src="/files/ftp_upload/53468/53468eq2.jpg" /></li></ol></li></ol><img alt="Şekil 2," class="jove_content" src="/files/ftp_upload/53468/53468fig2.jpg" /> 2. Spektrometre kalibrasyonu Şekil. (A) EMCCD kamera çerçeve kalibrasyonu numuneden elde. (B) ölçülen verilerin (mavi) Lorentz eğri fit (kırmızı). <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53468/53468fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <ol start="2"><li> Brillouin kayması belirleyinBir örnek. <ol><li> Numunenin yelpazesinde bir çizgi taraması oluşturmak için adım 2.7.2 izleyin. </li><li> 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. </li><li> Numunenin Brillouin kayması hesaplamak için FSR&#39;nin ve PR için aşağıdaki denklemleri 4 ve 5 ve daha önceden hesaplanan değerleri kullanın. <img alt="Denklem 3" class="jove_content" p="" src="/files/ftp_upload/53468/53468eq3.jpg" /></li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Brillouin, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+de+la+lumiere+et+des+rayonnes+X+par+un+corps+transparent+homogene;+influence+del'agitation+thermique.">Diffusion de la lumiere et des rayonnes X par un corps transparent homogene; influence del'agitation thermique.</a> Ann. Phys. (Paris) . 17, 88-122 (1922).</li><li>Scarcelli, G., Yun, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multistage+VIPA+etalons+for+high-extinction+parallel+Brillouin+spectroscopy.">Multistage VIPA etalons for high-extinction parallel Brillouin spectroscopy.</a> Opt. Exp. 19 (11), 10913-10922 (2011).</li><li>Scarcelli, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confocal+Brillouin+microscopy+for+three-dimensional+mechanical+imaging.">Confocal Brillouin microscopy for three-dimensional mechanical imaging.</a> Nat. Phot. 2 (1), 39-43 (2008).</li><li>Nichols, A. J., Evans, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Video-rate+Scanning+Confocal+Microscopy+and+Microendoscopy.">Video-rate Scanning Confocal Microscopy and Microendoscopy.</a> J. Vis. Exp. (56), e3252 (2011).</li><li>Steelman, Z., Meng, Z., Traverso, A. J., Yakovlev, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brillouin+spectroscopy+as+a+new+method+of+screening+for+increased+CSF+total+protein+during+bacterial+meningitis.">Brillouin spectroscopy as a new method of screening for increased CSF total protein during bacterial meningitis.</a> J. Biophoton. 8 (5), 1-7 (2014).</li><li>Koski, K. J., Yarger, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brillouin+imaging.">Brillouin imaging.</a> Appl. Phys. Lett. 87 (6), 061903 (2005).</li><li>Faris, G. W., Jusinski, L. E., Hickman, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+stimulated+Brillouin+gain+spectroscopy+in+glasses+and+crystals.">High-resolution stimulated Brillouin gain spectroscopy in glasses and crystals.</a> J. Opt. Soc. Am. B. 10 (4), 587-599 (1993).</li><li>Scarcelli, G., Yun, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+Brillouin+optical+microscopy+of+the+human+eye.">In vivo Brillouin optical microscopy of the human eye.</a> Opt. Exp. 20 (8), 9197-9202 (2012).</li><li>Scarcelli, G., Besner, S., Pineda, R., Kalout, P., Yun, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Vivo+Biomechanical+Mapping+of+Normal+and+Keratoconus+Corneas.">In Vivo Biomechanical Mapping of Normal and Keratoconus Corneas.</a> Jama Ophtalmol. , (2015).</li><li>Scarcelli, G., Kim, P., Yun, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=+In+Vivo+Measurement+of+Age-Related+Stiffening+in+the+Crystalline+Lens+by+Brillouin+Optical+Microscopy."> In Vivo Measurement of Age-Related Stiffening in the Crystalline Lens by Brillouin Optical Microscopy.</a> Biophys. J. 101 (6), 1539-1545 (2011).</li><li>Antonacci, G., Foreman, M. R., Paterson, C., T&#246;r&#246;k, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectral+broadening+in+Brillouin+imaging.">Spectral broadening in Brillouin imaging.</a> Appl. Phys. Lett. 103 (22), 221105 (2013).</li><li>Meng, Z., Traverso, A. J., Yakovlev, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Background+clean-up+in+Brillouin+microspectroscopy+of+scattering+medium.">Background clean-up in Brillouin microspectroscopy of scattering medium.</a> Opt. Exp. 22 (5), 5410-5415 (2014).</li><li>Reiss, S., Burau, G., Stachs, O., Guthoff, R., Stolz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatially+resolved+Brillouin+spectroscopy+to+determine+the+rheological+properties+of+the+eye+lens.">Spatially resolved Brillouin spectroscopy to determine the rheological properties of the eye lens.</a> Biomed. Opt. Exp. 2 (8), 2144-2159 (2011).</li><li>Scarcelli, G., Kling, S., Quijano, E., Pineda, R., Marcos, S., Yun, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brillouin+microscopy+of+collagen+crosslinking:+noncontact+depth-dependent+analysis+of+corneal+elastic+modulus.">Brillouin microscopy of collagen crosslinking: noncontact depth-dependent analysis of corneal elastic modulus.</a> Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 54 (2), 1418-1425 (2013).</li></ol>

Giuliano Scarcelli and Seok H. Yun hold patents related to Brillouin spectroscopy technology.

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 aşamalar...

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 (&gt; 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. <img alt="figür 1" class="jove_content" p="" src="/files/ftp_upload/53468/53468fig1.jpg" /> 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. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53468/53468fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> 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.

<table><tbody><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;OPTICS&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>VIPA (virtual image phase array)</td><td>LIGH MACHINERY</td><td></td><td>Quantity: 2</td></tr><tr><td>Bundle of Three 423 Linear Stages with SM-25 Micrometers</td><td>NEWPORT</td><td>423-MIC&amp;nbsp;</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>SS Crossed-Roller Bearing Translation Stage, 0.5 in., 8-32, 1/4-20</td><td>NEWPORT</td><td>9066-X</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>Vernier Micrometer, 13&amp;nbsp;mm Travel, 9 lb Load Capacity, 50.8 TPI</td><td>NEWPORT</td><td>SM-13</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>Adjustable Width Slit</td><td>NEWPORT</td><td>SV-0.5</td><td>Quantity: 2</td></tr><tr><td>Compact Dovetail Linear Stage, 0.20 in. Z Travel, 1.57x1.57x1.38&amp;nbsp;in.</td><td>NEWPORT</td><td>DS40-Z</td><td>Quantity: 2</td></tr><tr><td>Slotted Base Plate, 25 or 40&amp;nbsp;mm to 65&amp;nbsp;mm Stage, 1.1 in. Range</td><td>NEWPORT</td><td>B-2B</td><td>Quantity: 2</td></tr><tr><td>&amp;Oslash;1/2&quot; Optical Post, 8-32 Setscrew, 1/4&quot;-20 Tap, L = 2&quot;, 5 Pack</td><td>THORLABS</td><td>TR2-P5</td><td>Quantity: 2</td></tr><tr><td>&amp;Oslash;1/2&quot; Post Holders, Spring-Loaded Hex-Locking Thumbscrews, L = 2&quot;, 5 Pack</td><td>THORLABS</td><td>PH2-P5</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>&amp;Oslash;1/2&quot; Post Holders, Spring-Loaded Hex-Locking Thumbscrew, L = 3&quot;, 5 Pack</td><td>THORLABS</td><td>PH3-P5</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>Imperial Lens Mount For 2&quot; Optics, 8-32 Tap</td><td>THORLABS</td><td>LMR2</td><td>Quantity: 2</td></tr><tr><td>f=200.0 mm, &amp;Oslash;2&quot; Achromatic Doublet, ARC: 400-700 nm</td><td>THORLABS</td><td>AC254-200-A</td><td>Quantity: 2</td></tr><tr><td>Kinematic Mount for up to 1.3&quot; (33&amp;nbsp;mm) Tall Rectangular Optics, Right Handed</td><td>THORLABS</td><td>KM100C</td><td>Quantity: 2</td></tr><tr><td>Fixed Cylindrical Lens Mount, Max Optic Height: 1.60&quot; (40.6 mm)</td><td>THORLABS</td><td>CH1A</td><td>Quantity: 2</td></tr><tr><td>f=200.00 mm, H=30.00 mm, L=32.0 mm, N-BK7 Plano-Convex Cylindrical Lens, Antireflection Coating: 350-700 nm</td><td>THORLABS</td><td>L1653L1-A</td><td>Quantity: 2</td></tr><tr><td>Right-Angle Post Clamp, Fixed 90&amp;deg; Adapter</td><td>THORLABS</td><td>RA90</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>Adapter with External C-Mount Threads and Internal SM1 Threads</td><td>THORLABS</td><td>SM1A9</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>Studded Pedestal Base Adapter, 1/4&quot;-20 Thread</td><td>THORLABS</td><td>PB4</td><td>Quantity: 2</td></tr><tr><td>Spacer, 2&quot; x 3&quot;, 1.000&quot; Thick</td><td>THORLABS</td><td>Ba2S7</td><td>Quantity: 2</td></tr><tr><td>543 nm, f=15.01 mm, NA=0.17 FC/APC Fiber Collimation Pkg.</td><td>THORLABS</td><td>F260APC-A</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>SM1-Threaded Adapter for &amp;Oslash;11&amp;nbsp;mm collimators</td><td>THORLABS</td><td>Ad11F</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>Translating Lens Mount for &amp;Oslash;1&quot; Optics, 1 Retaining Ring Included</td><td>THORLABS</td><td>LM1XY</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>Single Mode Patch Cable, 450 - 600 nm, FC/APC, 2 m Long</td><td>THORLABS</td><td>P3-460B-FC-2</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>1:1 Matched Achr. Pair, f1=30 mm, f2=30 mm, BBAR 400-700 nm</td><td>THORLABS</td><td>MAP103030-A</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>SM1 Lens Tube&amp;hellip;length to adjust depend on CCD, we have 3.5&amp;nbsp;inches</td><td>THORLABS</td><td>SM1LXX</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>Base Adapters for &amp;Oslash;1/2&quot; Post Holders and &amp;Oslash;1&quot; Posts</td><td>THORLABS</td><td>BE1</td><td>Quantity: 8</td></tr><tr><td>Clamping Forks for&amp;nbsp; &amp;Oslash;1/2&quot; Post Holders and &amp;Oslash;1&quot; Posts</td><td>THORLABS</td><td>CF125</td><td>Quantity: 8</td></tr><tr><td>HW-KIT5 - 4-40 Cap Screw and Hardware Kit for Mini-Series&amp;nbsp;</td><td>THORLABS</td><td>HW-KIT5</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>D20S - Standard Iris, &amp;Oslash;20.0 mm Max Aperture&amp;nbsp;</td><td>THORLABS</td><td>D20S</td><td>Quantity: 2</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;FOR ENCLOSURE&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>25 mm Construction Rail, L = 21&quot;</td><td>THORLABS</td><td>XE25L21</td><td>Quantity: 6</td></tr><tr><td>1&quot; Construction Cube with Three 1/4&quot; (M6) Counterbored Holes</td><td>THORLABS</td><td>RM1G</td><td>Quantity: 8</td></tr><tr><td>Right-Angle Bracket for 25 mm Rails</td><td>THORLABS</td><td>XE25A90</td><td>Quantity: 12</td></tr><tr><td>25 mm Construction Rail, L = 15&quot;</td><td>THORLABS</td><td>XE25L15</td><td>Quantity: 4&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>25 mm Construction Rail, L = 9&quot;</td><td>THORLABS</td><td>XE25L09</td><td>Quantity: 8</td></tr><tr><td>High Performance Black Masking Tape, 2&quot; x 60 yds. (50 mm x 55 m) Roll</td><td>THORLABS</td><td>T743-2.0</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>Low-Profile T-Nut, 1/4&quot;-20 Tapped Hole, Qty: 10</td><td>THORLABS</td><td>XE25T3</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>1/4&quot;-20 Low-Profile Channel Screws (100 Screws/Box)</td><td>THORLABS</td><td>SH25LP38</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>60&quot; (W) x 3 yds. (L) x 0.005&quot; (T) (1.5 m x 2.7 m x 0.12 mm) Blackout Fabric</td><td>THORLABS</td><td>BK5</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;CAMERA, LASER and MICROSCOPE&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>EMCCD camera</td><td>ANDOR</td><td>iXon Ultra 897</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>400 mW single mode green laser</td><td>LASER QUANTUM</td><td>torus 532</td><td>Quantity: 1</td></tr><tr><td>Research Inverted System Microscope&amp;nbsp;</td><td>OLYMPUS</td><td>IX71</td><td>Quantity: 1</td></tr></tbody></table>

high speed sub-ghz spectrometer for brillouin scattering analysis

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.

<html> Şekil 3 temsilci Brillouin spektrumları ve farklı malzemeler için kendi uyuyor gösterir. VIPAs ikisi de yaklaşık 20 GHz FSR ile sonuçlanır 5 mm&#39;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. <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53468/53468f...

Watch this Scientific Journal Video about High Speed Sub-GHz Spectrometer for Brillouin Scattering Analysis at JoVE.com

High Speed Sub-GHz Spectrometer for Brillouin Scattering Analysis

Burada hızlı bir Brillouin spektrometresi inşa etmek için bir protokol mevcut. Neredeyse görüntülü faz dizi Basamaklı (VIPA) etalonları 1000&#39;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.

Brillouin Saçılma Analiz Yüksek Hızlı Alt GHz Spektrometre

The goal of this protocol is to build a parallel high-extinction and high-resolution optical Brillouin spectrometer. Brillouin spectroscopy is a ...

high-speed-sub-ghz-spectrometer-for-brillouin-scattering-analysis

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

14.9K Görüntüleme.  University of Maryland.  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. 

Video: High Speed Sub-GHz Spectrometer for Brillouin Scattering Analysis

Rejection of Fluorescence Background in Resonance and Spontaneous Raman Microspectroscopy

Raman spectroscopy is often plagued by a strong fluorescent background, particularly for biological samples. If a sample is excited with a train of ultrafast pulses, a system that can temporally separate spectrally overlapping signals on a picosecond timescale can isolate promptly arriving Raman scattered light from late-arriving fluorescence light. Here we discuss the construction and operation of a complex nonlinear optical system that uses all-optical switching in the form of a low-power optical Kerr gate to isolate Raman and fluorescence signals. A single 808 nm laser with 2.4 W of average power and 80 MHz repetition rate is split, with approximately 200 mW of 808 nm light being converted to &lt; 5 mW of 404 nm light sent to the sample to excite Raman scattering. The remaining unconverted 808 nm light is then sent to a nonlinear medium where it acts as the pump for the all-optical shutter. The shutter opens and closes in 800 fs with a peak efficiency of approximately 5%. Using this system we are able to successfully separate Raman and fluorescence signals at an 80 MHz repetition rate using pulse energies and average powers that remain biologically safe. Because the system has no spare capacity in terms of optical power, we detail several design and alignment considerations that aid in maximizing the throughput of the system. We also discuss our protocol for obtaining the spatial and temporal overlap of the signal and pump beams within the Kerr medium, as well as a detailed protocol for spectral acquisition. Finally, we report a few representative results of Raman spectra obtained in the presence of strong fluorescence using our time-gating system.

We discuss the construction and operation of a complex nonlinear optical
system that uses ultrafast all-optical switching to isolate Raman from fluorescence
signals. Using this system we are able to successfully separate Raman and fluorescence
signals utilizing pulse energies and average powers that remain biologically safe.

Rezonans ve spontan Raman Microspectroscopy Floresan Arkaplan reddi

Raman spectroscopy is often plagued by a strong fluorescent background, particularly for biological samples. If a sample is excited with a train of ...

Biyomühendislik

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view and for its considerable potential for practical applications. Slow light photonic crystal waveguides, in particular, have played a major part and have been successfully employed for delaying optical signals1-4 and the enhancement of both linear5-7 and nonlinear devices.8-11
Photonic crystal cavities achieve similar effects to that of slow light waveguides, but over a reduced band-width. These cavities offer high Q-factor/volume ratio, for the realization of optically12 and electrically13 pumped ultra-low threshold lasers and the enhancement of nonlinear effects.14-16 Furthermore, passive filters17 and modulators18-19 have been demonstrated, exhibiting ultra-narrow line-width, high free-spectral range and record values of low energy consumption.
To attain these exciting results, a robust repeatable fabrication protocol must be developed. In this paper we take an in-depth look at our fabrication protocol which employs electron-beam lithography for the definition of photonic crystal patterns and uses wet and dry etching techniques. Our optimised fabrication recipe results in photonic crystals that do not suffer from vertical asymmetry and exhibit very good edge-wall roughness. We discuss the results of varying the etching parameters and the detrimental effects that they can have on a device, leading to a diagnostic route that can be taken to identify and eliminate similar issues.
The key to evaluating slow light waveguides is the passive characterization of transmission and group index spectra. Various methods have been reported, most notably resolving the Fabry-Perot fringes of the transmission spectrum20-21 and interferometric techniques.22-25 Here, we describe a direct, broadband measurement technique combining spectral interferometry with Fourier transform analysis.26 Our method stands out for its simplicity and power, as we can characterise a bare photonic crystal with access waveguides, without need for on-chip interference components, and the setup only consists of a Mach-Zehnder interferometer, with no need for moving parts and delay scans.
When characterising photonic crystal cavities, techniques involving internal sources21 or external waveguides directly coupled to the cavity27 impact on the performance of the cavity itself, thereby distorting the measurement. Here, we describe a novel and non-intrusive technique that makes use of a cross-polarised probe beam and is known as resonant scattering (RS), where the probe is coupled out-of plane into the cavity through an objective. The technique was first demonstrated by McCutcheon et al.28 and further developed by Galli et al.29

Use of photonic crystal slow light waveguides and cavities has been widely adopted by the photonics community in many differing applications. Therefore fabrication and characterization of these devices are of great interest. This paper outlines our fabrication technique and two optical characterization methods, namely: interferometric (waveguides) and resonant scattering (cavities).

Fotonik Kristal Yavaş Işık Dalga Kılavuzları Ve Çürükler Üretimi ve Karakterizasyonu

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Mühendislik

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

Tek plasmonik Nanoparçacığı gelen doğrusal olmayan Saçılma Ölçülmesi

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

High Resolution Phonon-assisted Quasi-resonance Fluorescence Spectroscopy

High resolution optical spectroscopy methods are demanding in terms of either technology, equipment, complexity, time or a combination of these. Here we demonstrate an optical spectroscopy method that is capable of resolving spectral features beyond that of the spin fine structure and homogeneous linewidth of single quantum dots (QDs) using a standard, easy-to-use spectrometer setup. This method incorporates both laser and photoluminescence spectroscopy, combining the advantage of laser line-width limited resolution with multi-channel photoluminescence detection. Such a scheme allows for considerable improvement of resolution over that of a common single-stage spectrometer. The method uses phonons to assist in the measurement of the photoluminescence of a single quantum dot after resonant excitation of its ground state transition. The phonon&#39;s energy difference allows one to separate and filter out the laser light exciting the quantum dot. An advantageous feature of this method is its straight forward integration into standard spectroscopy setups, which are accessible to most researchers.

The manuscript describes a method of phonon-assisted quasi-resonant fluorescence spectroscopy that incorporates both laser-limited resolution and photoluminescence (PL) spectroscopy. This method utilizes optical phonons to provide linewidth-limited resolution spectra of atom-like semiconductor structures in the energy domain. The method is also easily realized with a single spectrometer optical spectroscopy setup.

Yüksek Çözünürlüklü Fonon destekli Yarı-rezonans Floresans Spektroskopisi

High resolution optical spectroscopy methods are demanding in terms of either technology, equipment, complexity, time or a combination of these. Here we ...

Non-equilibrium Microwave Plasma for Efficient High Temperature Chemistry

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose of efficiently driving non-equilibrium chemistry is discussed. The advantage of a flowing plasma reactor is that continuous chemical processes can be driven with the flexibility of startup times in the seconds timescale. The plasma approach is generically suitable for conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. Here the reduction of CO2 to CO is used as a model system: the complementary diagnostics illustrate how a baseline thermodynamic equilibrium conversion can be exceeded by the intrinsic non-equilibrium from high vibrational excitation. Laser (Rayleigh) scattering is used to measure the reactor temperature and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) to characterize in situ internal (vibrational) excitation as well as the effluent composition to monitor conversion and selectivity.

This article describes a flowing microwave reactor that is used to drive efficient non-equilibrium chemistry for the application of conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. The goal of the procedure described here is to measure the in situ gas temperature and gas conversion.

Verimli Yüksek Sıcaklık Kimyası İçin Denge Dışı Mikrodalga Plazma

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose ...

Kimya

High-speed Continuous-wave Stimulated Brillouin Scattering Spectrometer for Material Analysis

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as aqueous solutions and biomaterials, with fast acquisition times. Here, we discuss the assembly and operation of a Brillouin spectrometer that uses stimulated Brillouin scattering (SBS) to measure stimulated Brillouin gain (SBG) spectra of water and lipid emulsion-based tissue-like samples in transmission mode with &lt;10 MHz spectral-resolution and &lt;35 MHz Brillouin-shift measurement precision at &lt;100 ms. The spectrometer consists of two nearly counter-propagating continuous-wave (CW) narrow-linewidth lasers at 780 nm whose frequency detuning is scanned through the material Brillouin shift. By using an ultra-narrowband hot rubidium-85 vapor notch filter and a phase-sensitive detector, the signal-to-noise-ratio of the SBG signal is significantly enhanced compared to that obtained with existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables measurement of SBG spectra with up to 100-fold faster acquisition times, thereby facilitating high spectral-resolution and high-precision Brillouin analysis of soft materials at high speed.

We describe the construction of a rapid continuous-wave-stimulated-Brillouin-scattering (CW-SBS) spectrometer. The spectrometer employs single-frequency diode-lasers and an atomic vapor notch-filter to acquire transmission spectra of turbid/non-turbid samples with high spectral-resolution at speeds up to 100-fold faster than those of existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables high-speed Brillouin material analysis.

Yüksek hızda sürekli uyarılan Brillouin saçılma Spektrometre için malzeme analizi

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as ...

Observation and Analysis of Blinking Surface-enhanced Raman Scattering

From a single molecule at a silver nanoaggregate junction, blinking surface-enhanced Raman scattering (SERS) is observed. Here, a protocol is presented on how to prepare the SERS-active silver nanoaggregate, record a video of certain blinking spots in the microscopic image, and analyze the blinking statistics. In this analysis, a power law reproduces the probability distributions for bright events relative to their duration. The probability distributions for dark events are fitted by a power law with an exponential function. The parameters of the power law represent molecular behavior in both bright and dark states. The random walk model and the speed of the molecule across the entire silver surface can be estimated. It is difficult to estimate even when using averages, autocorrelation functions, and super-resolution SERS imaging. In the future, power law analyses should be combined with spectral imaging, because the origins of blinking cannot be confirmed by this analysis method alone.

This protocol describes the analysis of blinking surface-enhanced Raman scattering due to the random walk of a single molecule on a silver surface using power laws.

Gözlem ve yüzey gelişmiş Raman saçılması yanıp sönen analizi

From a single molecule at a silver nanoaggregate junction, blinking surface-enhanced Raman scattering (SERS) is observed. Here, a protocol is presented on ...

Quantitative Analysis of Vacuum Induction Melting by Laser-induced Breakdown Spectroscopy

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves several steps, include drawing samples, cooling, cutting, transport to the laboratory, and analysis. The whole analysis process requires more than 30 minutes, which hinders on-line process control. Laser-induced breakdown spectroscopy is an excellent on-line analysis method that can satisfy the requirements of vacuum induction melting because it is fast and noncontact and does not require sample preparation. The experimental facility uses a lamp-pumped Q-switched laser to ablate melted liquid steel with an output energy of 80 mJ, a frequency of 5 Hz, a FWHM pulse width of 20 ns, and a working wavelength of 1,064 nm. A multi-channel linear charge coupled device (CCD) spectrometer is used to measure the emission spectrum in real time, with a spectral range from 190 to 600 nm and a resolution of 0.06 nm at a wavelength of 200 nm. The protocol includes several steps: standard alloy sample preparation and an ingredient test, smelting of standard samples and determination of the laser breakdown spectrum, and construction of the elements concentration quantitative analysis curve of each element. To realize the concentration analysis of unknown samples, the spectrum of a sample also needs to be measured and disposed with the same process. The composition of all main elements in the melted alloy can be quantitatively analyzed with an internal standard method. The calibration curve shows that the limit of detection of most metal elements ranges from 20-250 ppm. The concentration of elements, such as Ti, Mo, Nb, V, and Cu, can be lower than 100 ppm, and the concentrations of Cr, Al, Co, Fe, Mn, C, and Si range from 100-200 ppm. The R2 of some calibration curves can exceed 0.94.

During vacuum induction melting, laser-induced breakdown spectroscopy is used to perform real-time quantitative analysis of the main-ingredient elements of a molten alloy.

Lazer kaynaklı arıza spektroskopisi ile vakum Indüksiyon erime niceliksel Analizi

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves ...

Optimizing Brillouin Optical Time-Domain Analyzers Based on Gain Spectrum Engineering

Demonstrated is a unique method for sensing performance enhancement in Brillouin optical time-domain analyzers (BOTDA). A Brillouin gain spectrum (BGS) is superimposed with two symmetric Brillouin loss spectra (BLS). This leads to a complex engineered spectrum shape that is more resistant to the sensing system noise. Instead of only one pump and probe interaction as in the conventional BOTDA setup, three optical probe waves are exploited, with one probe located in the BGS and the other two symmetrically in the BLS. Due to the resistance and insensitivity of the engineered spectrum shape to the noise, the sensing performance is enhanced by 60% and the measurand resolution is doubled.

A protocol for Brillouin optical time-domain analyzers based on gain spectrum engineering is presented. Enhancements in the sensing performance, including sensing range and measurand resolution are achieved and the excess Brillouin intensity noise is studied. The protocol introduces a new way to enhance distributed Brillouin sensing performance.

Demonstrated is a unique method for sensing performance enhancement in Brillouin optical time-domain analyzers (BOTDA). A Brillouin gain spectrum (BGS) is ...

Preparation of Extracellular Matrix Protein Fibers for Brillouin Spectroscopy

Brillouin spectroscopy is an emerging technique in the biomedical field. It probes the mechanical properties of a sample through the interaction of visible light with thermally induced acoustic waves or phonons propagating at a speed of a few km/sec. Information on the elasticity and structure of the material is obtained in a nondestructive contactless manner, hence opening the way to in vivo applications and potential diagnosis of pathology. This work describes the application of Brillouin spectroscopy to the study of biomechanics in elastin and trypsin-digested type I collagen fibers of the extracellular matrix. Fibrous proteins of the extracellular matrix are the building blocks of biological tissues and investigating their mechanical and physical behavior is key to establishing structure-function relationships in normal tissues and the changes which occur in disease. The procedures of sample preparation followed by measurement of Brillouin spectra using a reflective substrate are presented together with details of the optical system and methods of spectral data analysis.

We present a protocol for the application of Brillouin light scattering spectroscopy to elastin and trypsin-purified type I collagen fibers of the extracellular matrix to extract their full elastic properties.

Brillouin Spektroskopisi için Ekstraselüler Matriks Proteini Elyaf Hazırlama

Brillouin spectroscopy is an emerging technique in the biomedical field. It probes the mechanical properties of a sample through the interaction of ...