פרויקט זה מומן בחלקו על ידי הקרן הלאומי למדע ועל ידי מעבדת המחקר של חיל האוויר במסגרת התכנית ליצירת הקשר.

1. עיצוב וייצור חיישן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עצב מוליך גל מקביל צלחת עם חללים משולבים אחד או יותר (או &quot;חריצים&quot;). ראה איורים 1 ו 2. גיאומטריה עשויה להיות מבוססת על שניתן בפרסומים הקודמים שלנו 8,9 או תוכננה במיוחד ליישום מסוים. העקרונות המנחים הכלליים הבאים מוצעים: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ריווח פלייט: בניסוי זה מרווח צלחת של 1 מ&quot;מ משמש לצימוד יעיל למצב TE1 ללא צורך באופטיקה מיוחדת. זה גם מבטיח התקדמות במצב יחיד בתדירויות של עניין. בעת שימוש בspacings צלחת אחר, יעילות הפצה, פיזור וצימוד multimode צריכה להיחשב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מפרידים: מרווח צלחת זה מנוהל באמצעות מפרידים דיאלקטרי. חתיכות קטנות של זכוכית עם עובי אחיד מאוד לעשות מפרידים מצוינים - במקרה שלנו, אנו משתמשים ברסיסים משקופית מיקרוסקופ מרוסקת, עם יש עובי של מ&quot;מ 1 + / - 3 מיקרומטר. </li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> גודל צלחת: הצלחות בעצמם צריכות להיות רחבות מספיק שהם יכולים להיחשב אינסופיים בהשוואה לקורה הקלט. (במקרה שלנו, 4.75 סנטימטר לקורה סנטימטרים 1.2). העובי של כל צלחת חייב להיות הרבה יותר עבה מעומק העור, וצלחות עבות (&gt; 1 סנטימטר) מומלצות כדי לצמצם את האפשרות של אנרגיה עוברת מעל או מתחת למוליך הגל ולהגיע לגלאי. אורך רבייה צריך להיות מספיק שהגרוב הוא לפחות כפול מהרוחב מהקלט ופלט הפנים שלו, אבל כדי להפחית את הפיזור ממוזער. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גיאומטרית צלחת תחתונה: כדי לאפשר גישה נוחה לחריץ, צלחת מוליך הגל התחתונה צריכה להיות משמעותי יותר מאשר הצלחת העליונה, בעוד החריץ משתרע כמעט (אבל לא לגמרי) את כל הרוחב של הצלחת. (ראה תרשים 1) זה עושה את זה הרבה יותר קל לגשת לחריץ ולפקח על הרמה של מילוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגים: שניהם צלחת תחתונה עליון ויש להם סיומת כך שברגים עשויים להיות מוכנסים להחזיק גלתנחה יחד ללא הפרעה או החריצים או את נתיב ההתקדמות. (ראה תרשים 1) החורים בצלחת התחתונה מוצגים ברצף ואילו חלק העליון הם לא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גיאומטרית חלל: עיצוב לחריץ יהיה תלוי בתדר הרצוי תהודה, linewidth הרצוי, ואת מרווח הצלחת הנבחרת, בין יתר. חשוב לקחת בחשבון את המגבלות של טכניקות הייצור שלך לחריצים צרים מאוד או רדודים מאוד. חריצים מרובים לחישה רבה ערוציים יש דרישות נוספות 10. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גרסת Ungrooved: עיצוב זהה בכל היבט, בלי חריצים צריכה להיות גם מפוברקת, כדי לשמש כנקודת התייחסות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המצאה של מוליך הגל יכול להיעשות על ידי מכונה. חשוב: לא מקהה את הקצוות של הצלחות, במיוחד על פניו הקלט. קצוות מעוגלים הם מקובלים בחנויות מכונית רבות מטעמי בטיחות, אבל קצה מעוגל על ​​פני הקלט יעוות את האות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עצרתהליך. אחרי שתי הצלחות היו מפוברקות, הם צריכים להיות מורכבים מוליך הגל. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשתמש באובייקטי L-סוגריים או אחרים שטוחים כדי ליצור מבנה עם שני משטחים שטוחים ניצבים זה לזה. הנח את הצלחת התחתונה על המשטח האופקי ולחץ אותו לשטוף כנגד המשטח האנכי. הנח את המפרידים דיאלקטרי כמו לסגור את חורי ברגים ככל האפשר (שניים לכל בורג, אחד בכל צד), נזהר שלא להפריע לחריץ או להאריך מעבר לפנים הקלט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בזהירות להניח סומק הצלחת העליונה נגד המשטח האנכי וחלק אותו כלפי מטה כדי לשבת על הצלחת ומפרידים התחתונים. מחזיקים שתי הצלחות לשטוף כנגד המשטח האנכי, הכניסו את הברגים. הברג אותם בהדרגה בתבנית לסירוגין. הליך זה מוביל למוליך גל עם פן קלט שטוחים לחלוטין וריווח צלחת אחיד. </li></ol></li></ol> 2. מתקן ניסויי פרוטוקול זה מניח חה המשתמשהגישה של לספקטרומטר תחום בזמן שידור terahertz-גיאומטריה (במקרה שלנו, Picometrix 4000 T-Ray) ומכירה קבלת גל תחום בזמן ופורה הפיכה לתדר התחום. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תצורת confocal. אם לא קיימים כבר 4 עדשות צריכות להיות הציגה לתוך נתיב הקרן באורינטצית confocal על מנת לספק התמקדות חזקה באמצע הנתיב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח צמצם בנקודת המוקד. הצמצם צריך להיות גדול מספיק כדי לחסום את כל הקרינה ממתפשטת אלא דרך מוליך הגל. גודל הצמצם יקבע את גודל האלומה מתפשט במוליך הגל (במקרה שלנו, 12 מ&quot;מ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום מוליך גל מייד מאחורי הצמצם, עם פן הקלט במגע עם הפתח ועם ציר התפשטות מוליך הגל מיושר, ככל האפשר, עם הציר האופטי. היישור כאן הוא קריטי - השתקפויות, פיזור, גיוון בתדרים החתוכים ומהדהדים, ואני אחר<html> ssues עלולה להתעורר עקב יישור לא תקין של מוליך הגל. השתמש בעל מאובטח להבטיח מיקום שחזור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעל מזרק: כדאי לי מבנה שמחזיק את המזרק במקום, כך שהקצה מיושר עם החריץ. בכך אתה יכול לצמצם את האפשרות של טעויות במילוי עקב התנועה של המזרק בידות שלך. </li></ol> 3. לדוגמא הכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניקוי נוהל: לפרק את מוליך הגל. שטוף את שתי הצלחות של מוליך גל יסודיות בממס מתאים כדי להסיר שאריות מהניסוי. לפוצץ יבש עם אוויר דחוס. להרכיב מחדש כמו ב1.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מזרק הכנה. לקבלת תוצאות הטובות ביותר, אנו ממליצים על שימוש במזרק שונה עבור כל חומר למניעת זיהום צולב. אם זה לא אפשרי, מזרק צריך גם לנקות עם אותו הממס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא מזרק למילוי הנפח מתאים עם הנוזל כדי להיבדק. נסה לחסל את כל בועות. </li></ol>&quot;Jove_title&quot;&gt; 4. הליך ניסוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את מוליך גל התייחסות ungrooved במנגנון כפי שמתואר ב( 2.3). קח waveform התייחסות של מוליך גל ungrooved, ולאחר מכן להסיר. הדבר נדרש רק אחת לכמה שעות בכל מפגש ניסיוני, בהתאם ליציבות לטווח הארוך של אות ספקטרומטר התחום בזמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח מוליך גל מחורץ נקי במנגנון, כפי שתואר ב( 2.3) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח גל למוליך הגל החורץ הריק. הערה: יש לעשות זאת בכל פעם שמוליך הגל מוסר וניקה. התהליך של הסרה ופירוק יכול להוביל לשינויים קטנים מאוד בגיאומטריה של מוליך הגל. וריאציות אלה ישפיעו על תדר התהודה המוחלט של החריצים הריקים ומלאים, אך לא נצפו במשמרות, ולכן כל מדידה &quot;מלאה&quot; מחייבת ההתייחסות שלו &quot;הריקה&quot; כדי לחשב את השינוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מבלי להזיז את מוליך גלים, הניח את המזרק המלא במקום בבעל. לאט לאט למלא את הגרוב, שמירהלצפות שהמילוי הוא טוב, ללא בועות או גלישה. (כיצד לקבוע את כמות המילוי הנכונה מתואר בסעיף הדיון.) קח את צורת גל אחר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם למערכת יש חריץ אחד או יותר, להמשיך למלא חריצים וצורות גל לוקח כרצונך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר מוליך גל ולנקות (כמו בשלב 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור כמה פעמים לפי צורך. לקבלת תוצאות הטובות ביותר, במספר קבוצות נתונים עבור כל דגימה מומלצות לצמצם את השגיאה. </li></ol> 5. נציג תוצאות ניתוח נתונים של צורות גל אלה הוא פשוט ויכול לעקוב הטכניקות הרגילות של הנסיין להפיכה לתחום התדר. ספקטרום תדרים כגון אלה הניתנים באיור 3 אמור לגרום. אלה יכולים להיות בריבוע ומחולקים בצורת גל ההתייחסות להשיג ספקטרום העברת חשמל כגון איור 4. תדירות linewidth והמרכזית של תהודות עבור גלבו הריק ומלא יכולה להיות מ &#39;easured מהספקטרום הללו, או התקפים הלורנצי ניתן לבצע כדי להגביר את הדיוק. משמרת התהודה נגרמת על ידי הנוזל היא רק ההבדל בין התדרים המרכזיים הנצפים של תהודות עבור גלבו הריק ומלא. כדי להמיר את זה למדידה מקדם שבירה, את הקשר בין השינוי וRI צריך לקום. זה יכול להיעשות באופן ניסיוני על ידי ביצוע הליך זה עם דגימות של מדד ידוע, או מחשוב על ידי ביצוע סימולציות של הגרוב מלא בדוגמאות של מדד ידוע 9, או בוחן שימוש במצב התאמה של טכניקות 8. לאחר שינוי לעומת עקומת RI הוא הקים, מדידות הר&quot;י דגימות ידועות ניתן לבצע באופן מדויק. יש כמה טעויות מסוימות אשר עלולים להתרחש במהלך הליך זה. בועות או טעויות במילוי של החריץ יכולות לגרום לנתונים רועשים או שגויים, ולכן אנו ממליצים על ערכות נתונים מרובות עבור כל sample חומר. מקור שכיח נוסף של טעות הוא במיקום של גלבו. אם בגלבו ההתייחסות והחיישן ממוקמים בדיוק באותו המערך, השתקפויות כלשהן או ממצאים אחרים תהיינה זהה לשניהם ותחלקנה מתוך ספקטרום השידור. אם היישור הוא מעט כבוי, ההשתקפויות לא תחלקנה את הצלצול ויהיה ניתן לצפות בשידור הספקטרום (צלצול קטין מסוים שניתן לראות באיור 4). אם אין זה רצוי לכבוש מחדש את הנתונים, ניתן לחסל את צלצול זה על ידי זמירת גל התחום בזמן לפני ההשתקפות מופיעה, אבל זה מקטין באופן משמעותי את הרזולוציה ספקטרלית ולכן רזולוצית השבירה מוגבלת גם כן. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig1.jpg" /> איור 1. תצלום של מוליך הגל עם חלקים רלוונטיים מסומנים. שימו לב שהגרוב לא להאריך את הדוארהאורך או רוחב של מוליך הגל ומבנה ntire מתוכנן כך שהרכבת החומרה לא לחסום את החריץ או את הנתיב של התפשטות קרינה. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig2.jpg" /> איור 2. סכמטי של מוליך הגל החורץ. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig3.jpg" /> איור 3. (א) ספקטרום תדרי דוגמה למוליך גל ההפניה (שחור), מוליך הגל החורץ ללא מילוי נוזלי (כחול), ומוליך הגל מחורצת עם נוזל, במקרה זה tetradecane (אדום). תדרי החיתוך ל1 TE <samp>ו3</samp> מצבי ריבוי TE נראים לעין, וכך גם קווי מי האדים הקליטים. (ב) התצלום מקרוב של את התהודה לגלבו מחורץ הריק ומלא. <img alt="איור 4" src=&quot;/ Files/ftp_upload/4304/4304fig4.jpg&quot; /&gt; איור 4. ספקטרום העברת כוח לגלבו מחורץ הריק ומלא. ההבדל בתדירות בין שתי תכונות התהודה הוא שינוי התהודה (Δf), המתייחס למקדם השבירה.

<ol>
	<li>Kuswandi, B., Nuriman, ., Huskens, J., Verboom, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+sensing+systems+for+microfluidic+devices:+A+review.">Optical sensing systems for microfluidic devices: A review.</a> Ana. Chim. Acta. 601, 141-155 (2007).</li><li>Zhu, H., White, I. M., Suter, J. D., Zourob, M., Fan, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrated+refractive+index+optical+ring+resonator+detector+for+capillary+electrophoresis.">Integrated refractive index optical ring resonator detector for capillary electrophoresis.</a> Anal. Chem. 79, 930-937 (2007).</li><li>Kurt, H., Citrin, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coupled-resonator+optical+waveguides+for+biochemical+sensing+of+nanoliter+volumes+of+analyte+in+the+terahertz+region.">Coupled-resonator optical waveguides for biochemical sensing of nanoliter volumes of analyte in the terahertz region.</a> Appl. Phys. Lett. 87, 241119 (2005).</li><li>Debus, C., Bolivar, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+selective+surfaces+for+high+sensitivity+terahertz+sensing.">Frequency selective surfaces for high sensitivity terahertz sensing.</a> Appl. Phys. Lett. 91, 184102 (2007).</li><li>Harsha, S. S., Laman, N., Grischkowsky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Q+terahertz+Bragg+rsonances+within+a+metal+parallel+plate+waveguide.">High-Q terahertz Bragg rsonances within a metal parallel plate waveguide.</a> Appl. Phys. Lett. 94, 091118 (2009).</li><li>Mendis, R., Mittleman, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+the+lowest-order+transverse-electric+(TE1)+and+transverse-magnetic+(TEM)+modes+of+the+parallel-plate+waveguide+for+terahertz+pulse+applications.">Comparison of the lowest-order transverse-electric (TE1) and transverse-magnetic (TEM) modes of the parallel-plate waveguide for terahertz pulse applications.</a> Optics Express. 17, 14839-14850 (2009).</li><li>Mendis, R., Mittleman, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+investigation+of+the+lowest-order+transverse-electric+(TE1)+mode+of+the+parallel-plate+waveguide+for+THz+pulse+propagation.">An investigation of the lowest-order transverse-electric (TE1) mode of the parallel-plate waveguide for THz pulse propagation.</a> JOSA B. 26, A6-A13 (2009).</li><li>Astley, V., McCracken, B., Mendis, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+rectangular+resonant+cavities+in+terahertz+parallel-plate+waveguides.">Analysis of rectangular resonant cavities in terahertz parallel-plate waveguides.</a> Opt. Lett. 36, 1452 (2011).</li><li>Mendis, R., Astley, V., Liu, J., Mittleman, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Terahertz+microfluidic+sensor+based+on+a+parallel-plate-waveguide+resonant+cavity.">Terahertz microfluidic sensor based on a parallel-plate-waveguide resonant cavity.</a> Appl. Phys. Lett. 95, 171113 (2009).</li><li>Astley, V., Reichel, K., Jones, J., Mendis, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Terahertz+multichannel+microfluidic+sensor+based+on+parallel-plate+waveguide+resonant+cavities.">Terahertz multichannel microfluidic sensor based on parallel-plate waveguide resonant cavities.</a> Appl. Phys. Lett. , (2012).</li></ol>

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

יש לציין כי מקדם השבירה של הנוזל נבדק נקבע רק בתדר של תהודת החלל, לא על רוחב פס רחב. זו יש כמה יתרונות ברורים. ראשית, למרות שהמדידות שלנו עשו שימוש במקור terahertz פס רחב למטרות אפיון, אפשר גם לבנות מערכת חישה מקבילה עם מקור בתדר יחיד THz עם רק מידה מוגבלת של tunability תדירות, גישה ...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם המגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגים </td><td> תגובות (אופציונלי) </td></tr><tr><td> 10 מזרק μl </td><td> המילטון </td><td> 80314 </td><td> מזרק דיוק גבוה </td></tr><tr><td> אלקאנים נוזליים </td><td> אורגניקס acros </td><td></td><td> דוגמאות לכיול ובדיקה </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> אין ציוד ספציפי נדרש. חומרי בדיקה מתאימות וממסים נותרים לשיקול דעתו של הנסיין. את מזרקי הדיוק גבוה המשמשים בהליך זה מפורט בטבלה שלהלן, אבל הנסיינית אולי תרצה להשתמש מזרקים של נפח או עיצוב שונה, כולל מזרקים דיגיטליים לדיוק משופר. את אלקאנים הבדיקה המשמשים בניסוי זה מוצג גם הם. </td></tr></tbody></table>

terahertz microfluidic sensing using a parallel-plate waveguide sensor

מקדם שבירה (RI) חישה הוא לא פולשנית עצמה וטכניקת תווית חינם חישה לזיהוי, האיתור והניטור של דגימות microfluidic עם מגוון רחב של עיצובי חיישן אפשריים כגון התאבכות ו1,2 תהודה. רוב היישומים הקיימים RI חישה להתמקד בחומרים ביולוגיים בתמיסות מימיות בתדרים גלויים וIR, כמו הכלאת DNA ורצף הגנום. בתדרי terahertz, יישומים כוללים בקרת איכות, ניטור של תהליכים תעשייתיים וחישה ויישומי זיהוי המעורבים חומרי nonpolar. כמה עיצובים אפשריים לחיישנים שבירים במשטר terahertz קיימים, כולל גלבו פוטוניים גביש 3, תהודה מפוצלת טבעת סימטרית 4, ומבני פער להקה פוטוניים משולב גלבו מקביל צלחת 5. רבים מעיצובים אלה מבוססים על תהודה אופטית כגון טבעותאו עששת. את תדר התהודה של מבנים אלו הם תלויים במקדם השבירה של החומר או סביב המהוד. על ידי מעקב אחר השינויים בתדר תהודת מקדם השבירה של דגימה ניתן למדוד במדויק וזה בתורו יכול לשמש לזיהוי חומר, לפקח על זיהום או דילול, וכו &#39; עיצוב החיישן אנו משתמשים כאן מבוססים על מוליך גל פשוט מקבילת צלחת 6,7. חריץ מלבני מעובדים למעשים 1 פנים כחלל תהודה (תרשימי 1 ו 2). כאשר קרינת terahertz מצמידה למוליך הגל ומתפשט במצב הנמוך ביותר מסדר רוחבי החשמלי (1 TE), התוצאה היא תכונת תהודה חזקה אחד עם תדר תהודה מתכונן שתלוי בגיאומטריה של חריץ 6,8. גרוב זה יכול להיות מלא עם דגימות נוזליות microfluidic nonpolar הגורמים לשינוי בתדר התהודה נצפה שתלוי בכמות של liqUID בחריץ והאינדקס שלו השביר 9. הטכניקה שלנו יש יתרון על פני שיטות אחרות terahertz בפשטות שלו, הוא בייצור ויישום, שכן יכול להתבצע בהליך עם ציוד מעבדה סטנדרטי ללא צורך בחדר נקי או כל ייצור מיוחד או ניסיוני בטכניקות. כמו כן, ניתן להרחיב בקלות לפעולה רב על ידי שילוב של חריצים מרובים 10. בוידאו זה יתאר הליך הניסוי המלא שלנו, מהעיצוב של החיישן לניתוח וקביעת מקדם שבירת מדגם הנתונים.

Watch this Scientific Journal Video about Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor at JoVE.com

Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

ההליך ליישום חיישן שביר לתדרי terahertz מבוססים על גיאומטרית מוליך גל חורצת מקבילת צלחת מתואר כאן. השיטה מניבה מדידה של מקדם השבירה של נפח קטן של נוזל דרך ניטור של השינוי בתדר התהודה של מבנה מוליך הגל

חישת Terahertz Microfluidic באמצעות חיישן מוליך גל מקביל צלחת

Refractive index (RI) sensing is a powerful noninvasive and label-free sensing technique for the identification, detection and monitoring of microfluidic ...

terahertz-microfluidic-sensing-using-a-parallel-plate-waveguide-sensor

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Electrical Engineering

Engineering

Unit 1

Power Transformers

SCIENTISTS IN ACTION

10.7K Views.  Rice University. ההליך ליישום חיישן שביר לתדרי terahertz מבוססים על גיאומטרית מוליך גל חורצת מקבילת צלחת מתואר כאן. השיטה מניבה מדידה של מקדם השבירה של נפח קטן של נוזל דרך ניטור של השינוי בתדר התהודה של מבנה מוליך הגל

Video: Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on photoconduction, which has been one of the most commonly used techniques for terahertz generation 1-8. Terahertz generation in a photoconductive emitter is achieved by pumping an ultrafast photoconductor with a pulsed or heterodyned laser illumination. The induced photocurrent, which follows the envelope of the pump laser, is routed to a terahertz radiating antenna connected to the photoconductor contact electrodes to generate terahertz radiation. Although the quantum efficiency of a photoconductive emitter can theoretically reach 100%, the relatively long transport path lengths of photo-generated carriers to the contact electrodes of conventional photoconductors have severely limited their quantum efficiency. Additionally, the carrier screening effect and thermal breakdown strictly limit the maximum output power of conventional photoconductive terahertz sources. To address the quantum efficiency limitations of conventional photoconductive terahertz emitters, we have developed a new photoconductive emitter concept which incorporates a plasmonic contact electrode configuration to offer high quantum-efficiency and ultrafast operation simultaneously. By using nano-scale plasmonic contact electrodes, we significantly reduce the average photo-generated carrier transport path to photoconductor contact electrodes compared to conventional photoconductors 9. Our method also allows increasing photoconductor active area without a considerable increase in the capacitive loading to the antenna, boosting the maximum terahertz radiation power by preventing the carrier screening effect and thermal breakdown at high optical pump powers. By incorporating plasmonic contact electrodes, we demonstrate enhancing the optical-to-terahertz power conversion efficiency of a conventional photoconductive terahertz emitter by a factor of 50 10.

We describe methods for the design, fabrication, and experimental characterization of plasmonic photoconductive emitters, which offer two orders of magnitude higher terahertz power levels compared to conventional photoconductive emitters.

עיצוב, ייצור, וניסויית אפיון של פולטי Terahertz פוטו Plasmonic

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on ...

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.

כיצד לבנות חבילה הכוללת טיסה-אביב אבק עבור ספינינג Rotor מחוונים

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 ...

Fabrication of Nanopillar-Based Split Ring Resonators for Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR is not affected by environmental characteristics such as the temperature and pressure surrounding the resonator. Electromagnetic radiation in THz frequencies is biocompatible, which is a critical condition especially for the application of the biomolecular sensing. However, the quality factor (Q-factor) and frequency responses of traditional thin-film based split ring resonator (SRR) MMs are very low, which limits their sensitivities and selectivity as sensors. In this work, novel nanopillar-based SRR MMs, utilizing displacement current, are designed to enhance the Q-factor up to 450, which is around 45 times higher than that of traditional thin-film-based MMs. In addition to the enhanced Q-factor, the nanopillar-based MMs induce a larger frequency shifts (17 times compared to the shift obtained by the traditional thin-film based MMs). Because of the significantly enhanced Q-factors and frequency shifts as well as the property of biocompatible radiation, the THz nanopillar-based SRR are ideal MMs for the development of biomolecular sensors with high sensitivity and selectivity without inducing damage or distortion to biomaterials. A novel fabrication process has been demonstrated to build the nanopillar-based SRRs for displacement current mediated THz MMs. A two-step gold (Au) electroplating process and an atomic layer deposition (ALD) process are used to create sub-10 nm scale gaps between Au nanopillars. Since the ALD process is a conformal coating process, a uniform aluminum oxide (Al2O3) layer with nanometer-scale thickness can be achieved. By sequentially electroplating another Au thin film to fill the spaces between Al2O3 and Au, a close-packed Au-Al2O3-Au structure with nano-scale Al2O3 gaps can be fabricated. The size of the nano-gaps can be well defined by precisely controlling the deposition cycles of the ALD process, which has an accuracy of 0.1 nm.

A protocol for the design and fabrication of a novel nanopillar-based split ring resonator (SRR) is presented.

המצאה של מהודי טבעת פיצול Nanopillar מבוסס על התזוזה נוכחית מתווכת רזוננסים ב Metamaterials Terahertz

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR ...

Femtosecond Laser Filaments for Use in Sub-Diffraction-Limited Imaging and Remote Sensing

Probing remote matter with laser light is a ubiquitous technique used in circumstances as diverse as laser-induced breakdown spectroscopy and barcode scanners. In classical optics, the intensity that can be brought to bear on a remote target is limited by the spot size of the laser at the distance of the target. This spot size has a lower bound determined by the diffraction limit of classical optics. However, amplified femtosecond laser pulses generate intensity sufficient to modify the refractive index of the ambient air and undergo self-focusing. This self-focusing effect leads to the generation of highly intense laser filaments which maintain their intensity and small sub-millimeter diameter size at distances well beyond the classical Rayleigh length. Such intensity provides the capability of remote scanning, imaging, sensing, and spectroscopy with enhanced spatial resolution. We describe a technique for generating filaments with a femtosecond regenerative chirped-pulse amplifier, and for using the resulting filament to conduct imaging and spectroscopic measurements at remote distances of at least several meters.

High-intensity femtosecond pulses of laser light can undergo cycles of Kerr self-focusing and plasma defocusing, propagating an intense sub-millimeter-diameter beam over long distances. We describe a technique for generating and using these filaments to perform remote imaging and sensing beyond the classical diffraction limits of linear optics.

חוטים לייזר הפמטו-שנייה לשימוש משנה-Diffraction-מוגבלת וחישה מרחוק

Probing remote matter with laser light is a ubiquitous technique used in circumstances as diverse as laser-induced breakdown spectroscopy and barcode ...

A Silicon-tipped Fiber-optic Sensing Platform with High Resolution and Fast Response

In this article, we introduce an innovative and practically promising fiber-optic sensing platform (FOSP) that we proposed and demonstrated recently. This FOSP relies on a silicon Fabry-Perot interferometer (FPI) attached to the fiber end, referred to as Si-FOSP in this work. The Si-FOSP generates an interferogram determined by the optical path length (OPL) of the silicon cavity. Measurand alters the OPL and thus shifts the interferogram. Due to the unique optical and thermal properties of the silicon material, this Si-FOSP exhibits an advantageous performance in terms of sensitivity and speed. Furthermore, the mature silicon fabrication industry endows the Si-FOSP with excellent reproducibility and low cost toward practical applications. Depending on the specific applications, either a low-finesse or high-finesse version will be utilized, and two different data demodulation methods will be adopted accordingly. Detailed protocols for fabricating both versions of the Si-FOSP will be provided. Three representative applications and their according results will be shown. The first one is a prototype underwater thermometer for profiling the ocean thermoclines, the second one is a flow meter to measure flow speed in the ocean, and the last one is a bolometer used for monitoring exhaust radiation from magnetically confined high-temperature plasma.

This work reports an innovative silicon-tipped fiber-optic sensing platform (Si-FOSP) for high-resolution and fast-response measurement of a variety of physical parameters, such as temperature, flow, and radiation. Applications of this Si-FOSP span from oceanographic research, mechanical industry, to fusion energy research.

פלטפורמה משופעת סיליקון סיבים אופטיים חישה עם רזולוציה גבוהה ותגובה מהירה

In this article, we introduce an innovative and practically promising fiber-optic sensing platform (FOSP) that we proposed and demonstrated recently. This ...

Terahertz Imaging and Characterization Protocol for Freshly Excised Breast Cancer Tumors

This manuscript presents a protocol to handle, characterize, and image freshly excised human breast tumors using pulsed terahertz imaging and spectroscopy techniques. The protocol involves terahertz transmission mode at normal incidence and terahertz reflection mode at an oblique angle of 30&#176;. The collected experimental data represent time domain pulses of the electric field. The terahertz electric field signal transmitted through a fixed point on the excised tissue is processed, through an analytical model, to extract the refractive index and absorption coefficient of the tissue. Utilizing a stepper motor scanner, the terahertz emitted pulse is reflected from each pixel on the tumor providing a planar image of different tissue regions. The image can be presented in time or frequency domain. Furthermore, the extracted data of the refractive index and absorption coefficient at each pixel are utilized to provide a tomographic terahertz image of the tumor. The protocol demonstrates clear differentiation between cancerous and healthy tissues. On the other hand, not adhering to the protocol can result in noisy or inaccurate images due to the presence of air bubbles and fluid remains on the tumor surface. The protocol provides a method for surgical margins assessment of breast tumors.

Freshly excised human breast cancer tumors are characterized with terahertz spectroscopy and imaging following fresh tissue handling protocols. Tissue positioning is taken into consideration to enable effective characterization while providing analysis in a timely manner for future intraoperative applications.

הדמיה של terahertz ליצירת פרוטוקול עבור גידולים בסרטן השד הטריים

This manuscript presents a protocol to handle, characterize, and image freshly excised human breast tumors using pulsed terahertz imaging and spectroscopy ...

Measuring Sub-23 Nanometer Real Driving Particle Number Emissions Using the Portable DownToTen Sampling System

The current particle size threshold of the European Particle Number (PN) emission standards is 23 nm. This threshold could change because future combustion engine vehicle technology may emit large amounts of sub-23 nm particles. The Horizon 2020 funded project DownToTen (DTT) developed a sampling and measurement method to characterize particle emissions in this currently unregulated size range. A PN measurement system was developed based on an extensive review of the literature and laboratory experiments testing a variety of PN measurement and sampling approaches. The measurement system developed is characterized by high particle penetration and versatility, which enables the assessment of primary particles, delayed primary particles, and secondary aerosols, starting from a few nanometers in diameter. This paper provides instruction on how to install and operate this Portable Emission Measurement System (PEMS) for Real Drive Emissions (RDE) measurements and assess particle number emissions below the current legislative limit of 23 nm.

Presented here is the DownToTen (DTT) portable emission measurement system to assess real driving automotive emissions of sub-23 nm particles.

מדידת תת-23 ננומטר פליטת חלקיק נהיגה אמיתית באמצעות מערכת הדגימה הניידת DownToTen

The current particle size threshold of the European Particle Number (PN) emission standards is 23 nm. This threshold could change because future ...

Mechanoluminescent Visualization of Crack Propagation for Joint Evaluation

In this study, methods for the mechanoluminescent (ML) visualization of crack propagation and mechanical behavior to evaluate adhesive joints are demonstrated and explained. The first step involved sample preparation; an air spray was used to apply ML paint to the surface of the adhesive joint specimens. The performance of the ML sensor was described to examine the measurement conditions. The results of ML sensing during a double cantilever beam (DCB) test and a lap-shear (LS) test are demonstrated as these are the most frequently and widely used methods for evaluating adhesives. Originally, it was difficult to directly quantify the crack tip and strain/stress distribution and concentration because the crack tip was too small, and the effects of the strain could not be observed. The mechanoluminescence, crack propagation, and mechanical behavior during mechanical testing can be visualized via the ML pattern during the adhesive evaluation. This allows for the recognition of the precise position of the crack tips and other mechanical behaviors related to structural failure.

In this study, a protocol is presented that describes the use of mechanoluminescent (ML) visualization for monitoring crack propagation and mechanical behavior during adhesive joint evaluation testing.

הדמיה מכנולומינסנטית של התפשטות סדקים להערכת מפרקים

In this study, methods for the mechanoluminescent (ML) visualization of crack propagation and mechanical behavior to evaluate adhesive joints are ...

ייצור אטאלון פברי-פרוט ליישום בספקטרוסקופיית עקבות-גז

Fabrication of a Low-Cost, Fiber-Coupled, and Air-Spaced Fabry-P&#233;rot Etalon

Fabry-P&#233;rot etalons (FPE) have found their way into many applications. In fields such as spectroscopy, telecommunications, and astronomy, FPEs are used for their high sensitivity as well as their exceptional filtering capability. However, air-spaced etalons with high finesse are usually built by specialized facilities. Their production requires a clean room, special glass handling, and coating machinery, meaning commercially available FPEs are sold for a high price. In this article, a new and cost-effective method to fabricate fiber-coupled FPEs with standard photonic laboratory equipment is presented. The protocol should serve as a step-by-step guide for the construction and characterization of these FPEs. We hope this&#160;will enable researchers to conduct fast and cost-effective prototyping of FPEs for various fields of application. The FPE, as presented here, is used for spectroscopic applications. As shown in the representative results section via proof of principle measurements of water vapor in ambient air, this FPE has a finesse of 15, which is sufficient for the photothermal detection of trace concentrations of gases.

מחבר זרקור: ייצור של אטאלון פברי-פרוט זול, מצומד סיבים ומרווח באוויר  

This protocol describes the construction of a low-cost, discrete, fiber-coupled, and air-spaced Fabry-Perot etalon with various applications, such as in trace-gas spectroscopy. The fabrication is possible in any facility with standard optical laboratory equipment available.

ייצור אטאלון פברי-פרוט בעלות נמוכה, מצומד סיבים ומרווח באוויר

Fabry-P&#233;rot etalons (FPE) have found their way into many applications. In fields such as spectroscopy, telecommunications, and astronomy, FPEs are ...