The authors would like to thank the Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen &#8222;Otto von Guericke&#8220; e.V., AiF (German Federation of Industrial Research Associations) and the Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG (German Research Foundation) for partly funding the presented work under contract number 14248 and STR 662/4-1, respectively.

1. Medición del magnetrón Nota: El esquemática de la configuración experimental para medir el magnetrón se representa en la Figura 1A. <ol><li> Conecte el magnetrón de un aislante que consiste en un dispositivo de circulación y una carga de agua con 10 tornillos. </li><li> Conecte el aislante a un acoplador direccional con 10 tornillos. </li><li> Conecte el acoplador direccional a una segunda carga de agua con 10 tornillos. </li><li> Proporcione todas las cargas de agua con agua. </li><li> Calibrar el analizador de espectro con su función de calibración de acuerdo con el protocolo del fabricante. </li><li> Conectar un atenuador de 20 dB para el analizador de espectro conectando el atenuador de 20 dB para el analizador de espectro. Nota: El atenuador de 20 dB se utiliza para proteger el analizador de espectro de muy altas potencias por encima de 1 W. </li><li> Conectar el atenuador 20 dB equipado analizador de espectro para el extremo del cable coaxial equipado con un conector BNC enchufando el cocable axial en el atenuador 20 dB. </li><li> Conectar el extremo del cable coaxial equipado con un conector N al acoplador direccional conectando el cable coaxial al cable direccional. </li><li> Encender el magnetrón a través de la fuente de alimentación y el espectro de las microondas emitida se muestra en el analizador de espectro. </li><li> Si es necesario, ajuste el eje de abscisas se muestra, ordenada y su resolución de acuerdo con el manual del analizador de espectro. </li><li> Para medir la frecuencia de la salida de microondas en dependencia de la potencia de microondas, aumentar la potencia de microondas desde el 10% hasta el máximo de la potencia de salida en 5% a 10% pasos y por cada paso de determinar la frecuencia de la amplitud máxima del espectro mostrado por el analizador de espectro. Nota: Por lo general, el espectro de frecuencia de un magnetrón por debajo del 10% de su potencia de salida máxima es muy amplio, presenta muchos picos diferentes y por lo tanto no es utilizable. </li></ol> 2. Ajuste deLa frecuencia de resonancia Nota: El esquemática de la configuración experimental para medir y ajustar la frecuencia de resonancia se representa en la Figura 2A. <ol><li> Calibrar el analizador de red con el kit de calibración para la operación S11 (de acuerdo con el protocolo del fabricante). </li><li> Conectar el cable coaxial a través de la N-conector coaxial a la parte de una transición guía-coaxial-to-onda rectangular conectando el cable coaxial a la guía de ondas a la transición coaxial-a-ser. </li><li> Conecte la parte rectangular de la transición guía-coaxial-a-onda rectangular a un sintonizador tres talón con 10 tornillos. </li><li> Conecte el sintonizador de tres de empalme hacia el conjunto de la antorcha de plasma de microondas con 10 tornillos. </li><li> En el interruptor menú analizador de red a la operación S11. </li><li> En el menú de analizador de red cambiar al modo de ROE o al modo de registro. </li><li> Iterativamente ajustar la frecuencia de resonancia del conjunto de la antorcha de plasma de microondas para la medición frequency del magnetrón en una potencia de salida de 25% - 60% de la potencia máxima de salida moviendo la boquilla hacia arriba y hacia abajo. La frecuencia de resonancia del conjunto de la antorcha de plasma de microondas está dada por la inclinación de la medición de parámetros S11 tal como se representa en la figura 2B. Ajuste este dip moviendo la boquilla hacia arriba y hacia abajo a la frecuencia recomendada. </li><li> Cuando se ajusta la frecuencia de resonancia, bloquear la posición de la boquilla con la tuerca de bloqueo. </li><li> Aumentar la potencia de microondas hacia adelante de forma iterativa mediante el ajuste de los tres trozos de el sintonizador de tres stub moviendo el talones de arriba y abajo. La potencia de microondas absorbida por el conjunto de antorcha de plasma de microondas está dada por la profundidad de la inmersión del parámetro S11. Por lo tanto, maximizar esta inmersión ajustando los talones del sintonizador tres trozo. Comúnmente, es suficiente que dos de los tres trozos se utilizan. </li></ol> 3. Encendido del plasma <ol><li> Use lentes de protección UV ya que el plasma emite radiaciones UVción. Opere la antorcha de plasma bajo ventilación local de gas ya que el plasma produce óxidos de nitruro. </li><li> Conectar el conjunto de antorcha de plasma de microondas con el resonador coaxial ajustado (boquilla está bloqueado) y el sintonizador de tres ajustada de empalme hacia el magnetrón equipado con un aislante que consta de un circulador conectado a una carga de agua. </li><li> Conectar el suministro de gas a la antorcha de plasma de microondas. </li><li> Abra el suministro de gas a 5 a 20 slm. </li><li> Dado que la radiación de microondas en dosis más elevadas es perjudicial especialmente para los ojos, compruebe que no hay fugas de microondas. <ol><li> Para ello, encender el microondas a una potencia muy baja de 10% a 12% y compruebe todas las conexiones de microondas con un medidor de microondas para fugas. </li><li> Si hay cualquier fuga que eliminar completamente antes de aumentar la potencia de microondas u operar la antorcha de plasma de microondas. </li></ol></li><li> Si no hay fugas de encender el microondas a partir de bajas potencias de 10% y aumentar el micrófonopoder rowave lentamente dentro de 10 a 60 segundos hasta que el plasma se enciende en el tubo de cuarzo de la antorcha de plasma de microondas. </li><li> Observe cuidadosamente si y donde el plasma se enciende pero ten cuidado con microondas posiblemente radiadas. Utilizar preferentemente un espejo para la observación de la ignición del plasma. </li><li> Si no plasma enciende, apague la potencia de microondas y comprobar cuidadosamente si la potencia de microondas se acopla correctamente en el resonador coaxial y no equivocada a otros componentes calentarlos o incluso hacerles daño. Compruebe si algunos componentes se están calentados. <ol><li> Si algún componente se calienta para arriba - es decir, la potencia de microondas es un error - se mueven todos los talones del sintonizador tres trozo de la guía de ondas y ajustarlos para maximizar el acoplamiento de microondas en el conjunto de la antorcha de plasma como se describe en el paso 2.9. A continuación, empezar de nuevo con el paso 3.1. </li><li> Ajustar la frecuencia de resonancia del resonador coaxial de la antorcha de plasma a la frecuencia de envío de la magnetron en una salida de potencia de microondas suficiente alto de 25% a 60% de la potencia máxima de salida con el analizador de red como se describe en el paso 2. Para mejorar el encendido, ajustar la frecuencia de resonancia del resonador coaxial como se describe en el paso 2 a una mayor potencia de salida. A continuación, empezar de nuevo con el paso 3.1. </li></ol></li><li> Si el plasma se enciende en algún lugar de la antorcha de plasma y no cambia automáticamente al modo coaxial o cilíndrica, variar el flujo de potencia de microondas y el gas suministrado hasta que se apague en el modo cilíndrico. </li><li> Cuando el plasma se quema en el modo cilíndrico, iterativamente ajustar el talones del sintonizador de tres stub moviendo hacia arriba y hacia abajo de manera que toda la potencia de microondas suministrada es absorbida por el plasma y la potencia de microondas reflejada se convierte en cero. Nota: Si un diodo de microondas está conectado a la carga de agua y a la entrada correspondiente de la unidad de control, la potencia de microondas reflejada se muestra en la unidad de control de la potencia de microondas de suministro.Cómo hacer esto se describe en el manual de la potencia de microondas de suministro. </li><li> Cuando se utilizan altas potencias de microondas de 1,5 kW o más y los flujos bajos de gas de menos de 15 slm, comprobar cuidadosamente que el plasma no toca las paredes del tubo de cuarzo. El tubo de cuarzo no debe brillar en cualquier lugar. </li><li> Si el tubo de cuarzo se ilumina en rojo, reduzca la potencia de microondas o aumentar el flujo de gas hasta que desaparece por completo. </li><li> Dado que las microondas pueden ser irradiadas por el plasma debido a la conductividad del plasma, verifique con un metro de microondas que la potencia de microondas radiada está por debajo del umbral. </li><li> Si la potencia de microondas radiada está por encima del umbral, proteger el plasma con una malla metálica en el que el tamaño de malla es mucho menor que la mitad de la longitud de onda de microondas utilizado. </li></ol> 4. Cámara de alta velocidad de la película de la ignición de plasma Nota: Puesto que la ignición del plasma y su transición al modo cilíndrica está en el intervalo dealgunos cientos de milisegundos, este proceso puede ser mejor investigados por medio de una cámara de alta velocidad. Sin embargo, no es necesario observar el proceso de encendido por medio de una cámara de alta velocidad cada vez que el plasma se enciende. <ol><li> Coloque la lente de la cámara de alta velocidad en frente de la antorcha de plasma de microondas mirando a través de la rendija de diagnóstico en la parte delantera de la antorcha de plasma. </li><li> Ajuste hasta que la cámara está señalando en el resonador coaxial en la punta de la boquilla metálica. </li><li> Enfoque la cámara en la punta de la boquilla metálica. </li><li> Inicie la grabación con 1000 fps (fotogramas por segundo) de la cámara de alta velocidad. </li><li> Encender el plasma como se describe en la sección 3. </li></ol> 5. Funcionamiento de plasma estable y continua Nota: Cuando el plasma ha sido encendido en el modo cilíndrico y el sintonizador de tres stub se ha ajustado para maximizar la absorción de la potencia de microondas por el plasma de un establo y Continoperación superfluo de la antorcha de plasma es posible. <ol><li> Ajustar la dimensión - la radial y axial de extensión - del plasma a la dimensión deseada mediante la variación de la potencia de microondas suministrado entre 10% y la potencia de salida máxima y el flujo de gas entre 10 y 70 slm. Mantenga la dimensión radial limitada al diámetro del tubo de cuarzo. El plasma no debe tocar la pared del tubo de cuarzo que significa que el tubo de cuarzo no debe brillar. </li><li> Para dar forma el plasma a diferentes formas, usar un tubo de cuarzo corto que sólo limita el plasma en el interior del resonador cilíndrico y colocar un orificio en la parte superior del conjunto de antorcha de plasma. </li><li> Si es necesario, fije los orificios con algunos tornillos. </li></ol>

<ol>
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The authors have nothing to disclose.

La película presentada explica cómo una ignición de un plasma de microondas presión atmosférica sin ningún ignitores adicionales se puede realizar, los principios básicos de esta antorcha de plasma de microondas, su ajuste, el proceso de ignición del plasma y su operación estable y continua. Como se describe en la introducción, ya hay diferentes tipos de sopletes de plasma de microondas pero ninguno de los proporcionan una ignición del plasma sin ningún ignitores adicionales así como la operación de plasma...

Sopletes de plasma de microondas presión atmosféricas ofrecen una variedad de aplicaciones diferentes. Por un lado se pueden utilizar para los procesos químicos de volumen y por otra parte su plasma resplandor puede ser aplicado para el tratamiento de superficies. Como tratamiento de la superficie procesa el tratamiento para aumentar la adherencia del pegamento, pintura o laca o la descontaminación o esterilización de superficies puede ser identificado. El propio plasma caliente y reactiva se puede utilizar para los procesos de volumen, como la descomposición de los gases residuales 1-7. Estos gases residuales son perjudiciales, contribuyen al calentamiento global y difícilmente pueden ser degradados convencionalmente. Sin embargo, se necesitan en el crecimiento de los sectores industriales, tales como la rama de semiconductores. Otras aplicaciones son la síntesis química como la disociación de CO 2 a CO y O 2 o CH 4 de carbono y 8,9 hidrógeno. Excedente de energía eléctrica a partir de fuentes de energía renovables puede utilizarse para disociar CO <sub&gt; 2 en CO y O2. El CO se puede procesar adicionalmente en hidrocarburos superiores que pueden utilizarse como combustibles sintéticos para el transporte, como los productos químicos de la plataforma para la industria química o como almacenamiento de productos químicos. Hay algunas antorchas de plasma de microondas, pero la mayoría de ellos tienen desventajas: Sólo tienen volúmenes de plasma muy pequeñas, necesitan ignitores adicionales, necesitan refrigeración del reactor de plasma o sólo pueden funcionar en modo pulsado 10-18. La antorcha de plasma de microondas presentado en esta película ofrece una ignición del plasma únicamente con la potencia de microondas proporcionan sin ignitores adicionales, así como una operación estable y continua sin ningún enfriamiento del reactor de plasma para una amplia gama de parámetros de funcionamiento y se puede utilizar para todas las aplicaciones mencionadas anteriormente. La antorcha de plasma de microondas se basa en una combinación de dos resonadores: una coaxial y una cilíndrica. El resonador cilíndrico tiene una baja calidad y es operated en el conocido E 010 -mode con el campo eléctrico más alto en el centro. El resonador coaxial se encuentra por debajo del resonador cilíndrico y consiste en una boquilla metálica móvil en combinación con un suministro de gas tangencial. La alta calidad del resonador coaxial presenta una curva de resonancia muy estrecha pero profunda. Debido a la alta calidad del resonador coaxial un campo eléctrico de alta puede llegar a que es necesario para el encendido del plasma. Sin embargo, la alta calidad del resonador coaxial está asociado con una curva de resonancia muy estrecho y por lo tanto la frecuencia de resonancia tiene para adaptarse perfectamente a la frecuencia de las microondas suministrado. Dado que los cambios de frecuencia de resonancia después de la ignición del plasma debido a la permitividad del plasma, el horno de microondas ya no puede penetrar en el resonador coaxial. Para el funcionamiento continuo del plasma se necesita el resonador cilíndrico con una calidad baja y una curva de resonancia amplia. Un suministro de gas axial adicional a través de la boquilla metálica del resonador coaxial es posible. El plasma se enciende y confinado en un tubo transparente a las microondas, por ejemplo un tubo de cuarzo. La permitividad del tubo de cuarzo también afecta a la frecuencia de resonancia. Dado que el cuarzo tiene una permitividad de&gt; 1, el volumen del resonador cilíndrico es prácticamente ampliada que conduce a una frecuencia de resonancia más baja. Este fenómeno tiene que ser considerado cuando las dimensiones del resonador cilíndrico están diseñados. Una discusión detallada sobre cómo la frecuencia de resonancia se ve afectada por el tubo de cuarzo insertado se puede encontrar en la referencia 23. Si se utiliza un tubo de cuarzo largo y prolongado, este también puede actuar como la cámara de reacción para los procesos de volumen. Sin embargo, para los tratamientos de superficie del plasma también puede tener una forma distinta por diferentes tipos de orificios. El microondas se suministra a través de una guía de ondas rectangular de la magnetrón. Para evitar la contaminación acústica el uso de un magnetrón ondulación baja es recommterminado. El magnetrón que se utiliza en la película es un mínimo de un ondulación. Para el encendido del plasma se utiliza el resonador coaxial de alta calidad mientras una operación estable y continua es proporcionada por el resonador cilíndrico. Para lograr el encendido del plasma por el resonador coaxial de alta calidad la frecuencia de resonancia de este resonador tiene que coincidir perfectamente la frecuencia de las microondas suministrada por el magnetrón utilizado. Dado que todos los magnetrones no emiten su frecuencia de microondas exactamente a la frecuencia nominal y puesto que la frecuencia depende de la potencia de salida, el magnetrón tiene que ser medido con un analizador de espectro. La frecuencia de resonancia del resonador coaxial se puede ajustar moviendo la boquilla metálica arriba y hacia abajo. Esta frecuencia de resonancia se puede medir y por lo tanto también ajustada a la frecuencia de envío del magnetrón se utiliza con un analizador de red. Para alcanzar el campo eléctrico de alta en la punta de la boquilla, requerida para la ignicióndel plasma, se necesita un sintonizador de tres stub en adición. Este tres sintonizador talón es un componente de microondas de uso común. El sintonizador de tres stub se monta entre la antorcha de plasma de microondas y el magnetrón. Después se ajusta la frecuencia de resonancia del resonador coaxial, la potencia hacia adelante se maximiza y minimiza la potencia reflejada por iterativamente ajustar el talones del sintonizador de tres trozo. Después de haber ajustado la frecuencia de resonancia del resonador coaxial, así como de haber maximizado los poderes hacia adelante por medio del sintonizador de tres stub, el plasma de la antorcha de plasma de microondas puede ser encendido cuando la antorcha de plasma de microondas está conectado a un magnetrón. Para el encendido de la potencia de microondas de plasma de un mínimo de alrededor de 0,3 a 1 kW es suficiente. El plasma se enciende en el resonador coaxial. Después de la ignición del plasma la frecuencia de resonancia del resonador coaxial se desplaza debido a la permitividad dieléctrica del plasma y el horno de microondas puede noya penetrar en el resonador coaxial. Por lo tanto, los interruptores de plasma desde el modo coaxial en su modo cilíndrica mucho más extendida quema libremente de pie encima de la boquilla metálica en el centro del resonador cilíndrico. Dado que la calidad de la modalidad cilíndrica es muy baja y por lo tanto exhibe una curva de resonancia amplia, el horno de microondas todavía puede penetrar en el resonador cilíndrico a pesar del desplazamiento de la frecuencia de resonancia debido a la permitividad dieléctrica del plasma. Por lo tanto, un funcionamiento continuo y estable del plasma en el modo cilíndrico está provisto por la antorcha de plasma de microondas. Sin embargo, para llegar a una absorción completa de la potencia de microondas suministrada, los talones de los tres sintonizador de talón tienen que ser reajustado. De lo contrario, la potencia de microondas suministrada no está completamente absorbida por el plasma, pero un porcentaje del microondas proporcionada es reflejada y absorbida por la carga de agua. Para examinar la ignición del plasma en el coaxialmodo y luego su transición al modo cilíndrica extendida, el encendido de plasma es observada por una cámara de alta velocidad. La película presentada mostrará cómo se mide la dependencia de la frecuencia del magnetrón, la frecuencia de resonancia del resonador coaxial se ajusta, cómo se maximiza la potencia hacia adelante y cómo el plasma se enciende por la potencia de microondas suministrado. La grabación de la cámara de alta velocidad se muestra también.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2 kW magnetron</td>
			<td>Muegge&#160;</td>
			<td>MH2000S 211BA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 kW power supply</td>
			<td>Muegge&#160;</td>
			<td>ML2000D-111TC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>insulator - circulator with water load</td>
			<td>Muegge&#160;</td>
			<td>MW1003A-210EC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>water load</td>
			<td>Muegge&#160;</td>
			<td>MW1002E-260EC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>three stub tuner</td>
			<td>Muegge&#160;</td>
			<td>MW2009A-260ED</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>orifices</td>
			<td>homemade</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>microwave plasma torch</td>
			<td>homemade</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>spectrum analyzer</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>E4402B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>network analyzer</td>
			<td>Anritsu</td>
			<td>MS4662A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>calibration kit</td>
			<td>Anritsu</td>
			<td>model 3753</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>directional coupler</td>
			<td>homemade</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20 dB attenuator</td>
			<td>Weinschee engineering</td>
			<td>20 dB AA57u8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>coaxial to rectangular wave guide transition</td>
			<td>Muegge&#160;</td>
			<td>MW5002A-260YD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>adaptor 7-16 to N connector</td>
			<td>Teleg&#228;rtner</td>
			<td>7-16/N Adaptor</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>coaxial cable</td>
			<td>Rosenberger Hochfrequenztechnik</td>
			<td>LU7_070_800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>high speed camera</td>
			<td>Photron</td>
			<td>fastcam SA5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>lens</td>
			<td>Revueflex</td>
			<td>makro revuenon 1:3.5/28mm</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>local gas ventilation</td>
			<td>Industrievertrieb Henning</td>
			<td>ACD220</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV protection glasses</td>
			<td>uvex</td>
			<td>HC-F9178265</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>microwave leakage tester</td>
			<td>conrad electronic</td>
			<td>not available</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>microwave survey meter</td>
			<td>Holaday industries inc.</td>
			<td>81273</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

how to ignite an atmospheric pressure microwave plasma torch without any additional igniters

Esta película muestra cómo un soplete de plasma a presión atmosférica puede ser encendido por la energía de microondas sin encendedores adicionales. Después de la ignición del plasma, una operación estable y continua del plasma es posible y la antorcha de plasma se puede utilizar para muchas aplicaciones diferentes. Por un lado, la caliente (3600 K de temperatura de gas) de plasma se puede utilizar para procesos químicos y por otro lado el resplandor frío (temperaturas de hasta casi RT) se pueden aplicar para los procesos de superficie. Por ejemplo síntesis químicas son procesos volumen interesantes. Aquí la antorcha de plasma de microondas se puede utilizar para la descomposición de los gases residuales nocivos y contribuyen al calentamiento global, pero son necesarios como el grabado de gases en el crecimiento de los sectores de la industria como la rama de semiconductores. Otra aplicación es la disociación de CO 2. Excedente de energía eléctrica a partir de fuentes de energía renovables puede utilizarse para disociar CO 2 a CO y O2. El CO puede ser más prosar en hidrocarburos superiores gaseosos o líquidos, proporcionando así el almacenamiento químico de la energía, los combustibles sintéticos o químicos de plataforma para la industria química. Aplicaciones del resplandor de la antorcha de plasma son el tratamiento de superficies para aumentar la adherencia de la laca, el pegamento o la pintura, y la esterilización o descontaminación de los diferentes tipos de superficies. La película se explica cómo encender el plasma únicamente por la potencia de microondas sin ningún ignitores adicionales, por ejemplo, chispas eléctricas. La antorcha de plasma de microondas se basa en una combinación de dos resonadores - una coaxial que proporciona la ignición del plasma y una cilíndrica, que garantiza un funcionamiento continuo y estable del plasma después de la ignición. El plasma puede ser operado en un tubo transparente a largo microondas durante los procesos de volumen o en forma de por orificios para los propósitos de tratamiento de superficies.

<html> Para proporcionar una ignición del plasma sin ningún ignitores adicionales, así como una operación de plasma estable y continua un resonador coaxial de alta calidad con una frecuencia de resonancia ajustable se combinó con una baja calidad del resonador cilíndrico a una antorcha de plasma de microondas. El esquema de esta antorcha de plasma se presenta en la Figura 3. El plasma está confinado en un tubo transparente a las microondas, aquí un tubo de cuarzo. Este tubo puede actuar como una ...

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How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications.

Cómo Encender una presión atmosférica de microondas de la antorcha de plasma sin ningún Encendedores adicionales

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

how-to-ignite-an-atmospheric-pressure-microwave-plasma-torch-without

Research

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Engineering

19.3K vistas.  University of Stuttgart. This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications. 

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Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various areas of technology and applied science, such as aerospace and communication engineering, sensing, metrology, nonlinear photonics, and quantum optics. In this article, we present the principal techniques used in our lab to build microwave photonics systems based on ultra-high Q whispering gallery mode resonators. First detailed in this article is the protocol for resonator polishing, which is based on a grind-and-polish technique close to the ones used to polish optical components such as lenses or telescope mirrors. Then, a white light interferometric profilometer measures surface roughness, which is a key parameter to characterize the quality of the polishing. In order to launch light in the resonator, a tapered silica fiber with diameter in the micrometer range is used. To reach such small diameters, we adopt the "flame-brushing" technique, using simultaneously computer-controlled motors to pull the fiber apart, and a blowtorch to heat the fiber area to be tapered. The resonator and the tapered fiber are later approached to one another to visualize the resonance signal of the whispering gallery modes using a wavelength-scanning laser. By increasing the optical power in the resonator, nonlinear phenomena are triggered until the formation of a Kerr optical frequency comb is observed with a spectrum made of equidistant spectral lines. These Kerr comb spectra have exceptional characteristics that are suitable for several applications in science and technology. We consider the application related to ultra-stable microwave frequency synthesis and demonstrate the generation of a Kerr comb with GHz intermodal frequency.

The customized techniques developed in our lab to build microwave photonics systems based on ultra-high Q whispering gallery mode resonators are presented. The protocols to obtain and characterize these resonators are detailed, and an explanation of some of their applications in microwave photonics is given.

Microondas Fotónica sistemas basados ​​en resonadores-gallery-mode Whispering

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various ...

Investigación

Ingeniería

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

Síntesis y microdifracción a presiones y temperaturas extremas

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Picoinjection of Microfluidic Drops Without Metal Electrodes

Existing methods for picoinjecting reagents into microfluidic drops require metal electrodes integrated into the microfluidic chip. The integration of these electrodes adds cumbersome and error-prone steps to the device fabrication process. We have developed a technique that obviates the needs for metal electrodes during picoinjection. Instead, it uses the injection fluid itself as an electrode, since most biological reagents contain dissolved electrolytes and are conductive. By eliminating the electrodes, we reduce device fabrication time and complexity, and make the devices more robust. In addition, with our approach, the injection volume depends on the voltage applied to the picoinjection solution; this allows us to rapidly adjust the volume injected by modulating the applied voltage. We demonstrate that our technique is compatible with reagents incorporating common biological compounds, including buffers, enzymes, and nucleic acids.

We have developed a technique for picoinjecting microfluidic drops that does not require metal electrodes. As such, devices incorporating our technique are simpler to fabricate and to use.

Picoinjection de microfluidos gotas sin electrodos metálicos

Existing methods for picoinjecting reagents into microfluidic drops require metal electrodes integrated into the microfluidic chip. The integration of ...

Using Microwave and Macroscopic Samples of Dielectric Solids to Study the Photonic Properties of Disordered Photonic Bandgap Materials

Recently, disordered photonic materials have been suggested as an alternative to periodic crystals for the formation of a complete photonic bandgap (PBG). In this article we will describe the methods for constructing and characterizing macroscopic disordered photonic structures using microwaves. The microwave regime offers the most convenient experimental sample size to build and test PBG media. Easily manipulated dielectric lattice components extend flexibility in building various 2D structures on top of pre-printed plastic templates. Once built, the structures could be quickly modified with point and line defects to make freeform waveguides and filters. Testing is done using a widely available Vector Network Analyzer and pairs of microwave horn antennas. Due to the scale invariance property of electromagnetic fields, the results we obtained in the microwave region can be directly applied to infrared and optical regions. Our approach is simple but delivers exciting new insight into the nature of light and disordered matter interaction.

Our representative results include the first experimental demonstration of the existence of a complete and isotropic PBG in a two-dimensional (2D) hyperuniform disordered dielectric structure. Additionally we demonstrate experimentally the ability of this novel photonic structure to guide electromagnetic waves (EM) through freeform waveguides of arbitrary shape.

Disordered structures offer new mechanisms for forming photonic bandgaps and unprecedented freedom in functional-defect designs. To circumvent the computational challenges of disordered systems, we construct modular macroscopic samples of the new class of PBG materials and use microwaves to characterize their scale-invariant photonic properties, in an easy and inexpensive manner.

El uso de microondas y muestras macroscópicas de dieléctricos sólidos para estudiar las propiedades fotónicas de desordenados Fotónicas materiales de banda prohibida

Recently, disordered photonic materials have been suggested as an alternative to periodic crystals for the formation of a complete photonic bandgap (PBG). ...

How to Build a Vacuum Spring-transport Package for Spinning Rotor Gauges

The spinning rotor gauge (SRG) is a high-vacuum gauge often used as a secondary or transfer standard for vacuum pressures in the range of 1.0 x 10-4 Pa to 1.0 Pa. In this application, the SRGs are frequently transported to laboratories for calibration. Events can occur during transportation that change the rotor surface conditions, thus changing the calibration factor. To assure calibration stability, a spring-transport mechanism is often used to immobilize the rotor and keep it under vacuum during transport. It is also important to transport the spring-transport mechanism using packaging designed to minimize the risk of damage during shipping. In this manuscript, a detailed description is given on how to build a robust spring-transport mechanism and shipping container. Together these form a spring-transport package. The spring-transport package design was tested using drop-tests and the performance was found to be excellent. The present spring-transport mechanism design keeps the rotor immobilized when experiencing shocks of several hundred g (g = 9.8 m/sec2 and is the acceleration due to gravity), while the shipping container assures that the mechanism will not experience shocks greater than about 100 g during common shipping mishaps (as defined by industry standards).

Here we describe how to build a robust spring-transport mechanism for a spinning rotor gauge. This device securely immobilizes the rotor and keeps it under vacuum during transportation. We also describe packaging that minimizes the risk of damage during transport. Tests show our design works for typical shocks during transport.

Cómo construir un vacío Paquete de primavera-transporte para la hilatura de rotor de medidores

The spinning rotor gauge (SRG) is a high-vacuum gauge often used as a secondary or transfer standard for vacuum pressures in the range of 1.0 x 10-4 Pa to ...

An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. The reactions of cold plasma with the surrounding atmosphere yield a variety of reactive species, which can define its effectiveness. While efficient development of cold plasma therapy requires kinetic models, model benchmarking needs empirical data. Experimental studies of the source of reactive species detected in aqueous solutions exposed to plasma are still scarce. Biomedical plasma is often operated with He or Ar feed gas, and a specific interest lies in investigation of the reactive species generated by plasma with various gas admixtures (O2, N2, air, H2O vapor, etc.) Such investigations are very complex due to difficulties in controlling the ambient atmosphere in contact with the plasma effluent. In this work, we addressed common issues of &#39;high&#39; voltage kHz frequency driven plasma jet experimental studies. A reactor was developed allowing the exclusion of ambient atmosphere from the plasma-liquid system. The system thus comprised the feed gas with admixtures and the components of the liquid sample. This controlled atmosphere allowed the investigation of the source of the reactive oxygen species induced in aqueous solutions by He-water vapor plasma. The use of isotopically labelled water allowed distinguishing between the species originating in the gas phase and those formed in the liquid. The plasma equipment was contained inside a Faraday cage to eliminate possible influence of any external field. The setup is versatile and can aid in further understanding the cold plasma-liquid interactions chemistry.

An experimental setup was created for the helium-operated kHz frequency plasma jet. The setup includes a cage for the plasma power supply and jet and an in-house built reactor to monitor plasma-induced reactive species without the interference of the ambient atmosphere.

Una instalación de plasma a presión atmosférica para investigar la formación de especies reactivas

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

New Application of an Atmospheric Pressure Plasma Jet as a Neuro-protective Agent Against Glucose Deprivation-induced Injury of SH-SY5Y Cells

The atmospheric pressure plasma jet (APPJ) has attracted the attention of many researchers from multiple disciplines in recent years because its emissions include multiple types of reactive nitrogen species (RNS) and reactive oxygen species (ROS). Our previous study has shown the cytoprotective effect of the APPJ against oxidative stress-induced injuries. The aim of the present study is to provide a detailed in vitro treatment protocol regarding the neuroprotective applications of helium APPJs on glucose deprivation-induced injury in SH-SY5Y cells. The SH-SY5Y human neuroblastoma-derived cell line was maintained in RPMI 1640 medium supplemented with 15% fetal calf serum. The culture medium was then changed to RPMI 1640 without glucose before APPJ treatment. After a 1 h incubation in a cell incubator, cell viability was determined using Cell Counting Kit 8. The results showed that, compared to the glucose deprivation group, cells treated with APPJ exhibited significantly increased cell viability in a dose-dependent manner, with 8 s/well observed as an optimal dose. Meanwhile, helium flow had no effect on the glucose deprivation-induced cell impairment. Our results indicated that APPJ could be potentially used as a treatment method for the diseases in the central nervous system related to glucose deprivation. This protocol could also be used as a cytoprotective application for other cells with different impairments, but the cell culture and APPJ treatment conditions should be readjusted, and the treatment dose must be relatively low.

A protocol for the neuroprotective application of low-dose atmospheric pressure plasma treatment on glucose deprivation-induced SH-SY5Y injuries.

Nueva aplicación de un chorro de Plasma de la presión atmosférica como agente Neuro-protector contra la lesión inducida por la deprivación de glucosa de células SH-SY5Y

The atmospheric pressure plasma jet (APPJ) has attracted the attention of many researchers from multiple disciplines in recent years because its emissions ...

Atmospheric Pressure Fabrication of Large-Sized Single-Layer Rectangular SnSe Flakes

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for applications in two-dimensional nanoelectronics devices. Although many methods to synthesize SnSe nanocrystals have been developed, a simple way to fabricate large-sized single-layer SnSe flakes remains a great challenge. Herein, we show the experimental method to directly grow large-sized single-layer rectangular SnSe flakes on commonly used SiO2/Si insulating substrates using a straightforward two-step fabrication method in an atmospheric pressure quartz tube furnace system. The single-layer rectangular SnSe flakes with an average thickness of ~6.8 &#197; and lateral dimensions of about 30 &#181;m &#215; 50 &#181;m were fabricated by a combination of vapor transport deposition technique and nitrogen etching route. We characterized the morphology, microstructure, and electrical properties of the rectangular SnSe flakes and obtained excellent crystallinity and good electronic properties. This article about the two-step fabrication method can help researchers grow other similar two-dimensional, large-sized, single-layer materials using an atmospheric pressure system.

A protocol is presented demonstrating a two-step fabrication technique to grow large-sized single-layer rectangular shaped SnSe flakes on low-cost SiO2/Si dielectrics wafers in an atmospheric pressure quartz tube furnace system.

Presión atmosférica fabricación de escamas de gran tamaño SnSe Rectangular de una sola capa

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for ...

Nerve Stem Cell Differentiation by a One-step Cold Atmospheric Plasma Treatment In Vitro

As the development of physical plasma technology, cold atmospheric plasmas (CAPs) have been widely investigated in decontamination, cancer treatment, wound healing, root canal treatment, etc., forming a new research field named plasma medicine. Being a mixture of electrical, chemical, and biological reactive species, CAPs have shown their abilities to enhance nerve stem cells differentiation both in vitro and in vivo and are becoming a promising way for neurological disease treatment in the future. The much more exciting news is that using CAPs may realize one-step, and safely directed, differentiation of neural stem cells (NSCs) for tissue transportation. We demonstrate here the detailed experimental protocol of using a self-made CAP jet device to enhance NSC differentiation in C17.2-NSCs and primary rat neural stem cells, as well as observing the cell fate by inverted and fluorescence microscopy. With the help of immunofluorescence staining technology, we found both the NSCs showed an accelerated differential rate than the untreated group, and ~75% of the NSCs selectively differentiated into neurons, which are mainly mature, cholinergic, and motor neurons.

Nerve Stem Cell Differentiation by a One-step Cold Atmospheric Plasma Treatment In Vitro

This protocol aims to provide detailed experimental steps of a cold atmospheric plasma treatment on neural stem cells and immunofluorescence detection for differentiation enhancement.

Diferenciación de células madre de nervio por un solo Plasma atmosférico frío tratamiento In Vitro

As the development of physical plasma technology, cold atmospheric plasmas (CAPs) have been widely investigated in decontamination, cancer treatment, ...

Carrier Lifetime Measurements in Semiconductors through the Microwave Photoconductivity Decay Method

This work presents a protocol employing the microwave photoconductivity decay (&#956;-PCD) for measurement of the carrier lifetime in semiconductor materials, especially SiC. In principle, excess carriers in the semiconductor generated via excitation recombine with time and, subsequently, return to the equilibrium state. The time constant of this recombination is known as the carrier lifetime, an important parameter in semiconductor materials and devices that requires a noncontact and nondestructive measurement ideally achieved by the &#956;-PCD. During irradiation of a sample, a part of the microwave is reflected by the semiconductor sample. Microwave reflectance depends on the sample conductivity, which is attributed to the carriers. Therefore, the time decay of excess carriers can be observed through detection of the reflected microwave intensity, whose decay curve can be analyzed for estimation of the carrier lifetime. Results confirm the suitability of the &#956;-PCD protocol in measuring the carrier lifetime in semiconductor materials and devices.

As one of the important physical parameters in semiconductors, carrier lifetime is measured herein via a protocol employing the microwave photoconductivity decay method.

Portador de por vida medidas en semiconductores a través del método de decaimiento de fotoconductividad de microondas

This work presents a protocol employing the microwave photoconductivity decay (&#956;-PCD) for measurement of the carrier lifetime in semiconductor ...