מימון ניתן על ידי אוניברסיטת יוטה. ברצוננו להודות לד&quot;ר י שו (UC מרסד) וד&quot;ר BJN רדי (אוניברסיטת קליפורניה) לדיונים מועילים.

1. התקנה של מלכודת יחידה 980 ננומטר אורך גל אופטית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השמנה אופטית באורך גל nm 980 היא לעתים קרובות אופטימלית עבור ניסויי ביופיסיקה ודיודות לייזר זולים זמינים בקלות עם הספק גבוה כמו 300 מגה ואט. עדיף לליזר דיודה לצמה עם קיטוב שמירת סיבי מצב יחיד בקוטר שדה במצב ידוע. הסיבים צריך להיות מספיק ארוך כדי לפעול כמסנן מצב והוא הופסק בדרך כלל עם או FC / PC או מחבר FC / APC. מבין אלה, FC / APC עדיף לצמצם חזרה השתקפות של אי יציבות משוב אור ופוטנציאליים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אבטח את דיודת לייזר ננומטר 980 בהר המאפשר לכוח ולבקרת טמפרטורה. עדיף לתקן את ההר לשולחן אופטי ישירות למקסם את טביעת חום פסיבית, ובכך למזער את הסכנה של כישלון דיודה בשל תקלה של בקר טמפרטורה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר מחבר סיבי מחשב / APC לאופטיקה collimating הקורה. זהקריטי כדי להבטיח כי יש לי קרן collimated סטייה מינימאלית ולכן יציאות סיבים מתכווננות הן שימושיות ביותר. ודא שיציאת הסיבים נבחרה תואמת את קוטר השדה במצב של סיבי צמת דיודה. אם הקרן היא להיות rastered באמצעות deflectors acousto אופטי (AOD) או deflectors אלקטרו אופטי (EOD) ולאחר מכן את המותניים קרן לייזר collimated חייבת להיות גם מעט פחות מגודלו של הצמצם מטה הטיה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאבטח את מתאם collimating לשולחן האופטי במרחק מספיק ממיקרוסקופ כדי לאפשר לקרן ניתוב, התרחבות, ומיקום של רכיבים רצויים אחרים. כוון את יציאת סיבים כדי להבטיח המותניים קרן עקביות על פני מרחקים דומים לנתיב קרן כללי למיקרוסקופ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקנת מראות מצוינות באיור 1. הסר את המטרה ממיקרוסקופ ולהשתמש במראות כדי לנתב את האלומה דרך הפתח בשלב ההרכבה האובייקטיבי. אם העדיף, מיקום של dichroic המראות DM1 וDM3 ניתן להשמיט עדמאוחר יותר. DM2 וDM3 שניהם shortpass ולהעביר אור הנראה ואילו המשקף ליד IR ומעלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זה מועיל לעלות מצביע לייזר אדום במקום האובייקטיבי, מיושר על הציר האופטי של המיקרוסקופ באופן זמני. מתאם מכאני מותאם אישית הוא הכרחי כדי להבטיח centration של מצביע לייזר. קרן גלויה ממצביע לייזר אז יכולה להיות מנותב חזרה למרכז של הצמצם של נמל הסיבים ולאחר מכן ניתן להשתמש כדי להתקין את העדשות (ראה בהמשך). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את 980 ננומטר קורה ההרחבה (L8 וL9) במרחק נכון מנמל הסיבים כדי לאפשר הכנסה עתידית של רכיבי היגוי (AOD או EOD) כ1 צורך. הקרן הרחיבה מעט חייבת תמלא יותר מדי את צמצם המוקד האחורי של המטרה. (הנה, עדשות עם אורכי מוקד של 125 מ&quot;מ ו -60 מ&quot;מ נמצאות בהסדר קפלרי להכפיל את המותניים הקרן כ). השתמש בקרן מצביע לייזר גלוי (ראה סעיף 1.6) כדי להבטיח מיקום עדשה תקין ויישור מחוספס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתקיןl את עדשות היגוי ננומטר 980 (L2 ו L3) בהסדר טלסקופ כפי שצוינה (כאן לשניהם יש 60 מ&quot;מ אורך מוקד) 1. L3 הוא רכוב בהמצומד מטוס למטוס בחזרה-מוקד של המטרה. הר L3 בשלב מיצוב XYZ דיוק, כדי לאפשר היגוי קורה. זה מועיל עבור שלב XYZ יש אינדיקטורים דיגיטליים עבור מיקרומטרים, המאפשר למיצוב ומיצוב מחדש של מלכודת הדיר. &quot;מגוון 0.5 של נסיעה הוא בדרך כלל מספיק, אולם נסיעות ארוכות יותר למיצוב L3 לאורך הציר האופטי עשויות להיות מועילה. השתמשו קורה מצביע לייזר גלוי (ראה סעיף 1.6) כדי להבטיח מיקום עדשה תקין ויישור מחוספס. </li></ol> 2. התקנה של גלאי לייזר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את DM3 מראה dichroic מעל הקבל כפי שמוצג באיור 1. הר מותאם אישית נדרש בדרך כלל. Secure דיודה התמונה המרובעת (QPD) או גלאי רגיש עמדה (PSD) 8 לצד ההרכבה הקבל וENSיור ש980 ננומטר קרן לייזר משתקפת DM3 הוא להכות אותו בערך במרכז. בעת השימוש בQPD, לוודא שהוא רכוב על במה XY קטנה, כדי לאפשר מרכוז מדויק של החיישן בקרן לייזר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן L1 (בדרך כלל עדשת 30 מ&quot;מ) בין DM3 והחיישן. L1 מיקום כדי למקד את אלומת האור לנקודה אחת על החיישן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את המסנן ברמה הגבוהה ממש לפני L1 כדי לחסום את קרן ננומטר 1064 כמו גם כל השתקפויות אור הנראה תועות מנורת המיקרוסקופ והתאורה מפוזרת. </li></ol> 3. התקנה של 1,064 ננומטר אורך גל הולוגרפי מלכודת <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החלק הולוגרפי של ההתקנה בנוי סביב חבילת חומרה / תוכנה זמינה באופן מסחרי המראות הולוגרפית המשמשות בחבילה זו מדורגות לאירוע כוח מרבי של 5 או 10 W / 2 ס&quot;מ. יכולות להיות שמקורו TEM00 קורות מצב יחיד בטווח כוח הזה בקלות מליזר DPSS באורך גל nm 1064. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר לייזר ננומטר 1064 על מוגבהפלטפורמה כדי להתאים את הגובה של נתיב הקרן עבור קו 980 (ראה סעיף 1) בגסות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם לא באופן ישיר לשליטה, כוח לייזר יכול להיות מותאם באופן ידני על ידי התקנת צלחת חצי גל (HWP) ומקטב (PBS) מייד אחרי צמצם פלט לייזר. כדאי לעלות את המקטב בשלב סיבובי כדי להיות מסוגל להתאים את הדרישה למראה הולוגרפית קיטוב קורה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן ננומטר 1,064 קורה ההרחבה (L6 וL7). יש להרחיב את המותניים קרן לייזר כדי להתאים את גודל האלכסון של המראה הולוגרפית. להרחבת יחסים גדולים (מעל 10X) זה יכול להיות מקור לדאגה לשמור על גודלה של ההרחבה קטנה. ולכן זה עשוי להיות רצוי להשתמש בעדשות עם אורך מוקד קטן במיוחד (כאן: 16 מ&quot;מ ו -175 מ&quot;מ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את המראות האחרות כפי שמצוין לכוון את אלומת ננומטר 1,064 דרך אובייקטיבי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Secure DM1 dichroic (45 ° זווית של שכיחות) בהר kinematic והנח את המכלול בנתיב קרן ננומטר 980, כך שהוא מאפשר לundiminisheהעברת של קרן שד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל אור מצביע לייזר. מראה DM1 צריך לשקף כמות מספקת של אור הנראה למצב את מרחבי מאפנן האור (SLM) כמו שצריך בדרכה של קרן זו. SLM גם צריך להיות בזווית, כך שקרן לייזר נכנסת ויוצאת כמו קרובות ככל האפשר לשכיחות נורמלית. עם זאת זווית הפגיעה חייבת להיות גדולה מספיק כדי להבטיח שקרן לייזר לא נחתכה על ידי mounts עדשות ורכיבים אופטיים אחרים. זווית 5 מעלות צריכה להיות ברת השגה בקלות, והוא קטן מספיק. לבסוף המרחק מDM1 לSLM יש למדוד במדויק, כך שההכנסה של עדשות L4 L5 ו( ראה 3.6 להלן) יכולה להטות את מטוס מראה SLM ומטוס בחזרה-מוקד של המטרה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את מראה כדי לכוון את האור מ1,064 הרחבה קרן ננומטר לSLM. ודא שהאור מצביע לייזר פוגע בצמצם ההרחבה הקרן במרכז. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתקין עדשות L4 L5 ו( כאן: עדשות עם 125 מ&quot;מ ו -200 מ&quot;מ בהתאמה). זוג טלסקופ זה conjugates מטוס מראה SLM למישור המוקד האחורי של המטרה וגם מקטין את המותניים הקורה רק במעט תמלא יותר מדי את הצמצם האחורי של המטרה. אנחנו בחרנו עדשות עם אורכי מוקד ארוכים למרחב SLM מDM1. זה מנקה לא רק מקום לקו לייזר השני, אלא גם נוטה לעשות יישור קל יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את מצביע לייזר. השאר את מתאם ההרכבה לשמש צמצם יישור גס. </li></ol> 4. הערות התקנה ויישור של מערכת <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עדשת L3 וSLM חייבים להיות ממוקם באופן שיהיו אופטי מצומדת למישור המוקד האחורי של המטרה. המוקד המשותף של L4 L5 הוא אופטי ומוצמד למטוס המדגם אם הקורות ההשמנה האופטיות מוזרקות לתוך חלל האינסוף של המיקרוסקופ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשיר IR כרטיס הצופה ליישר את קרן ננומטר 980 ללכת לאורך ציר המרכז של הצמצם במתאם מצביע לייזר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש IR כרטיס To להבטיח כי קרן ננומטר 1,064 פוגעת באותו מקום כמו קרן ננומטר 980 על DM1, L2, וL3 ושקרן ננומטר 1,064 הולכת לאורך ציר המרכז של הצמצם במתאם מצביע לייזר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החלף את מתאם ההרכבה מצביע לייזר עם מטרה. מטרת שמן או מים צמצם מספרי גבוהה היא טיפוסית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את מלכודת ננומטר 980 כפי שמתואר ב9 על ידי &quot;הליכה&quot; קרן לייזר עד שתבנית התאבכות רדיאלית סימטרית נתפס במצלמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם את המראה הולוגרפית (כלומר מתנהג כמו מראה פסיבית) להשתמש SLM וDM1 &quot;ללכת&quot; קרן 1,064 ננומטר undiffracted ליישר מלכודת ננומטר 1064. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> SLM מייצר קרן undiffracted משמעותית שהתוצאה במלכודת לייזר כסלע איתן חזקה בשדה הראייה. זה שימושי ליישור, אך עשוי להיות לא רצוי לניסויים. כדי לחסום את המלכודת הזאת אפשר להכניס אובייקט אטום קטן בדרכו של האור בundiffracted המצומד מיקום למטוס המדגם (לדוגמא המוקד משותף דואר של L4 L5 ו). גודלו של חוסם הנקודה המרכזי זו צריך להיות קצת יותר גדולה מקוטרו של הדיסק האוורירי לאור ממוקד (חוסם בקוטר 100-300 מיקרומטר למערכת המתוארת). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> djust קיטוב קרן ננומטר 1064 באמצעות המקטב כדי להתאים נטייה SLM. סובב את הצלחת חצי גל כדי לקבוע את עוצמת השידור של האלומה המועדפים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם תרצה, להוסיף אלמנטים או AOD היגוי הקורה סוף יום לתוך קו 980 ננומטר לייזר. ודא נטיה נכונה של רכיבים אלה למטוס בחזרה-מוקד של המטרה ומחדש ליישר את המלכודת. כדאי לעלות על הגה אלמנטים על במה goniometric. </li></ol>

<ol>
	<li>Svoboda, K., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+applications+of+optical+forces.">Biological applications of optical forces.</a> Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23, 247-285 (1994).</li><li>Ashkin, A., Schutze, K., Dziedzic, J. M., Euteneuer, U., Schliwa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force+generation+of+organelle+transport+measured+in+vivo+by+an+infrared+laser+trap.">Force generation of organelle transport measured in vivo by an infrared laser trap.</a> Nature. 348, 346-348 (1990).</li><li>Shubeita, G. T., Tran, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Consequences+of+motor+copy+number+on+the+intracellular+transport+of+kinesin-1-driven+lipid+droplets.">Consequences of motor copy number on the intracellular transport of kinesin-1-driven lipid droplets.</a> Cell. 135, 1098-1107 (2008).</li><li>Polin, M., Ladavac, K., Lee, S. H., Roichman, Y., Grier, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimized+holographic+optical+traps.">Optimized holographic optical traps.</a> Opt Express. 13, 5831-5845 (2005).</li><li>Sun, B., Roichman, Y., Grier, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theory+of+holographic+optical+trapping.">Theory of holographic optical trapping.</a> Opt. Express. 16, 15765-15776 (2008).</li><li>Moffitt, J. R., Chemla, Y. R., Smith, S. B., Bustamante, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+optical+tweezers.">Recent advances in optical tweezers.</a> Annu. Rev. Biochem. 77, 205-228 (2008).</li><li>Grier, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+revolution+in+optical+manipulation.">A revolution in optical manipulation.</a> Nature. 424, 810-816 (2003).</li><li>Neuman, K. C., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+trapping.">Optical trapping.</a> Rev. Sci. Instrum. 75, 2787-2809 (2004).</li><li>Sheetz, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+tweezers+in+cell+biology.">Laser tweezers in cell biology.</a> Introduction. Methods Cell Biol. 55, xi-xii (1998).</li><li>Spudich, J. A., Rice, S. E., Rock, R. S., Purcell, T. J., Warrick, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+traps+to+study+properties+of+molecular+motors.">Optical traps to study properties of molecular motors.</a> Cold Spring Harb. Protoc. 2011, 1305-1318 (2011).</li><li>Visscher, K., Gross, S. P., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Construction+of+multiple-beam+optical+traps+with+nanometer-resolution+position+sensing.+Selected+Topics+in+Quantum+Electronics.">Construction of multiple-beam optical traps with nanometer-resolution position sensing. Selected Topics in Quantum Electronics.</a> IEEE Journal of. 2, 1066-1076 (1996).</li><li>Valentine, M. T., Guydosh, N. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precision+steering+of+an+optical+trap+by+electro-optic+deflection.">Precision steering of an optical trap by electro-optic deflection.</a> Opt Lett. 33, 599-601 (2008).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

יש לנו נבנו מכשיר המשלב את שתי מלכודות אופטיות מסוגים שונים (איור 1) כדי לספק מתקני השמנה נפרדים למניפולצית אובייקט ומדידה. המלכודת האופטית &quot;הקונבנציונלית&quot; בנויה סביב 980 ננומטר דיודת לייזר. קרן זו הרחיבה, הובילה ולאחר מכן הזריקו למיקרוסקופ ההפוכה שלנו (ק...

השמנה אופטית היא אחת הטכניקות המרכזיות ב6 ביופיסיקה. התקדמות מכרעת בהשמנה אופטית כבר הפיתוח של מלכודות הולוגרפית המאפשרות יצירה של דפוסי השמנה תלת ממדיים ולא קונבנציונליות מלכודות נקודה 7. מלכודות הולוגרפית כאלה יש יתרון של גמישות במיקום של חפצים שבירה. עם זאת ניתן ליישר מלכודות קונבנציונליות בקלות להיות יותר סימטרי מאשר ערכות הולוגרפית זמינות מסחרי. הם גם מאפשרים למעקב מדויק מהיר של העצמים שנלכדו. כאן אנו מתארים מערכת (איור 1) המשלבת את שתי גישות השמנה במכשיר אחד, ומאפשרת למשתמש לנצל את היתרונות של שניהם בהתאם לצורך. השיקולים הכלליים של בניית מלכודות אופטיות (המבוסס על קרן לייזר בודד או מרובה) הם דנו בפירוט במקומות אחרים 8-10. כאן, אנו מתארים את השיקולים ספציפיים שלנוetup ולספק פירוט של הליך יישורנו. לדוגמה, מערכות עם שתי אלומות השמנה אופטיות כבר תאר קודם (לדוגמא נ&quot;צ. 11), בדרך כלל באמצעות קרן לייזר אחת ללכידת אובייקט שבירה ושימוש אחר (קרן כוח מכוון נמוכה) לreadout decoupled של המיקום של האובייקט הלכוד . כאן לעומת זאת, שתי קרני לייזר צריכים להיות מופעל (300 מגה ואט ומעלה) גבוהה כי שניהם כדי לשמש להשמנה. למדידות של מערכות ביולוגיות, הלייזרים המשמשים ללכידה בצורה אופטימלית צריכים ליפול בתוך חלון ספציפי של אורך גל ניר כדי למזער את פירוק חלבונים מושרה אור 1. כאן יש לנו בחרנו להשתמש בדיודה ננומטר 980 ו1,064 לייזרי DPSS ננומטר בגלל העלות, זמינות וקלות תפעול הגבוה הנמוך שלהם. גם אנו בחרנו להשתמש באור מאפנן מרחבית (SLM) כדי ליצור ולטפל מלכודות מרובות בו זמנית בזמן אמת 4,5. התקנים אלה זמינים באופן מסחריעם זאת השתלבותם בהתקנה מלאה מציבה אתגרים ייחודיים. כאן אנו מתארים גישה מעשית המתייחסת לקשיים פוטנציאליים אלה ומספק מכשיר תכליתי מאוד. אנו מספקים דוגמה מפורשת להתקנה הספציפית המתוארת אשר יכול לשמש כמדריך לעיצובים שונה.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Equipment</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical table</td>
			<td>Newport corporation</td>
			<td>ST-UT2-56-8</td>
			<td>Irvine, CA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope, Inverted, Eclipse Ti</td>
			<td>Nikon USA</td>
			<td>MEA53220</td>
			<td>Melville, NY</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plan apo 100X oil objective (1.4 NA)</td>
			<td>Nikon USA</td>
			<td>MRD01901</td>
			<td>Melville, NY</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oil condenser Lens 1.4 NA</td>
			<td>Nikon USA</td>
			<td>MEL41410</td>
			<td>Melville, NY</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EMCCD camera</td>
			<td>Andor technology USA</td>
			<td>Ixon DU897</td>
			<td>South Windsor, CT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/3" CCD IEEE1394 camera</td>
			<td>NET USA Inc</td>
			<td>Foculus FO124SC</td>
			<td>Highland IN</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser, TEM00, SLM, 1,064 nm wavelength</td>
			<td>Klastech Laser Technologies</td>
			<td>Senza-1064-1000</td>
			<td>Dortmund; Germany</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>laser diode, TEM00, SLM, 980 nm</td>
			<td>Axcel Photonics</td>
			<td>BF-979-0300-P5A</td>
			<td>Marlborough, MA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>laser diode mount</td>
			<td>ILX Lightwave</td>
			<td>LDX-3545, LDT-5525, and LDM-4984</td>
			<td>Bozeman, MT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>adjustable fiber ports</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PAF-X-11-B</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>holographic system</td>
			<td>Arryx</td>
			<td>HOTKIT-ADV-1064</td>
			<td>Chicago, IL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>holographic mirror</td>
			<td>Boulder Non-linear Systems</td>
			<td>this is a part of HOTKIT-ADV-1064</td>
			<td>Lafayette, CO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcite polarizer</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>GL10-B</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>half-wave plate</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>WPH05M-1064</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polarizer rotation mount</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PRM1</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>half-wave plate rotation mount</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>RSP1</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shutter</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>SH05</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dichroic mirrors (DM2 &amp; DM3); 45&deg; AOI</td>
			<td>Chroma Technology</td>
			<td>t750spxrxt</td>
			<td>Bellows Falls, VT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dichroic mirror (DM1); 45&deg; AOI</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>DMSP1000R</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>custom mechanical adapter</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>SM1A11 and AD12F with enlarged inner bore</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>notch filter</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF01-850/310-25</td>
			<td>Rochester, NY</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acousto-Optic deflector (2-axis)</td>
			<td>intraAction</td>
			<td>DTD-584CA28</td>
			<td>Bellwood, IL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>goniometric stage</td>
			<td>New Focus</td>
			<td>9081</td>
			<td>Santa Clara, CA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60 mm steering lenses</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>LA1134-B</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>16 mm aspherical expander lens</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>AC080-016-C</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>175 mm expander lens</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>LA1229-C</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spot blocker (cabron-steel sphere)</td>
			<td>Bal-Tec</td>
			<td>0.0100" diameter</td>
			<td>Los Angeles, CA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microspheres (Carboxyl-polystyrene)</td>
			<td>Spherotech</td>
			<td>CP-45-10</td>
			<td>Lake Forest, IL</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

construction of a high resolution microscope with conventional and holographic optical trapping capabilities

מיקרוסקופ מערכות רזולוציה גבוהה עם מלכודות אופטיות מאפשרות מניפולציה מדויקת של אובייקטים שבירה שונים, כגון חרוזים דיאלקטרי 1 או אברונים סלולריים 2,3, כמו גם עבור קריאת נתונים ברזולוציה מרחבית וזמניים גבוהות של את עמדתם ביחס למרכז המלכודת. מערכת הפעלה שתוארה יש אחד כזה &quot;מסורתית&quot; מלכודת ב980 ננומטר במסמך זה. בנוסף הוא מספק מערכת השמנה אופטית שנייה שמשתמשת בחבילה הולוגרפית זמינה מסחרי כדי ליצור בו זמנית ולטפל דפוסי השמנה מורכבים בשדה הראייה של המיקרוסקופ 4,5 באורך גל של 1064 ננומטר. שילוב של שתי המערכות מאפשר למניפולציה של חפצים שבירה מרובים באותו הזמן ובמקביל ביצוע במהירות גבוהה ומדידות ברזולוציה גבוהות של תנועה וכוח ייצור בקנה המידה ננומטרי וpiconewton.

ההתקנה מאפשרת למפעיל התאסף כדי ללכוד אובייקטים מרובים שבירה בזמן אמת ולמקם אותם בכל שלושת הממדים בתוך שדה הראייה. אנו מדגימים את היכולות הולוגרפית של המכשיר על ידי לכידת 11 microspheres (איור 2). מלכודת הכליאה כל אובייקט באופן ידני לשנות את מיקומו על כך שהשמנת ההסדר...

Watch this Scientific Journal Video about Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities at JoVE.com

Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities

המערכת המתוארת במסמך זה מעסיקה מלכודת אופטית מסורתית, כמו גם קו השמנה אופטי הולוגרפית עצמאי, מסוגלת ליצור מניפולציה ומלכודות רבות. זה מאפשר יצירת הסדרים גיאומטריים מורכבים של חלקיקים שבירה בעת גם מאפשרים מדידות בו זמנית במהירות גבוהה, ברזולוציה גבוהה של הפעילות של אנזימים ביולוגיים.

בנייה של מיקרוסקופ ברזולוציה גבוה עם יכולות קונבנציונליות והשמנה אופטיות הולוגרפי

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular ...

construction-high-resolution-microscope-with-conventional-holographic

Research

JoVE Journal

Engineering

12.1K Views.  University of Utah. המערכת המתוארת במסמך זה מעסיקה מלכודת אופטית מסורתית, כמו גם קו השמנה אופטי הולוגרפית עצמאי, מסוגלת ליצור מניפולציה ומלכודות רבות. זה מאפשר יצירת הסדרים גיאומטריים מורכבים של חלקיקים שבירה בעת גם מאפשרים מדידות בו זמנית במהירות גבוהה, ברזולוציה גבוהה של הפעילו...

Video: Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities

Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To compensate for lower light absorption such physically thin devices have to incorporate light-trapping which increases their optical thickness. Light scattering by textured surfaces is a common technique but it cannot be universally applied to all solar cell technologies. Some cells, for example those made of evaporated silicon, are planar as produced and they require an alternative light-trapping means suitable for planar devices. Metal nanoparticles formed on planar silicon cell surface and capable of light scattering due to surface plasmon resonance is an effective approach.
The paper presents a fabrication procedure of evaporated polycrystalline silicon solar cells with plasmonic light-trapping and demonstrates how the cell quantum efficiency improves due to presence of metal nanoparticles.
To fabricate the cells a film consisting of alternative boron and phosphorous doped silicon layers is deposited on glass substrate by electron beam evaporation. An Initially amorphous film is crystallised and electronic defects are mitigated by annealing and hydrogen passivation. Metal grid contacts are applied to the layers of opposite polarity to extract electricity generated by the cell. Typically, such a ~2 &mu;m thick cell has a short-circuit current density (Jsc) of 14-16 mA/cm2, which can be increased up to 17-18 mA/cm2 (~25% higher) after application of a simple diffuse back reflector made of a white paint.
To implement plasmonic light-trapping a silver nanoparticle array is formed on the metallised cell silicon surface. A precursor silver film is deposited on the cell by thermal evaporation and annealed at 23&deg;C to form silver nanoparticles. Nanoparticle size and coverage, which affect plasmonic light-scattering, can be tuned for enhanced cell performance by varying the precursor film thickness and its annealing conditions. An optimised nanoparticle array alone results in cell Jsc enhancement of about 28%, similar to the effect of the diffuse reflector. The photocurrent can be further increased by coating the nanoparticles by a low refractive index dielectric, like MgF2, and applying the diffused reflector. The complete plasmonic cell structure comprises the polycrystalline silicon film, a silver nanoparticle array, a layer of MgF2, and a diffuse reflector. The Jsc for such cell is 21-23 mA/cm2, up to 45% higher than Jsc of the original cell without light-trapping or ~25% higher than Jsc for the cell with the diffuse reflector only.
Introduction
Light-trapping in silicon solar cells is commonly achieved via light scattering at textured interfaces. Scattered light travels through a cell at oblique angles for a longer distance and when such angles exceed the critical angle at the cell interfaces the light is permanently trapped in the cell by total internal reflection (Animation 1: Light-trapping). Although this scheme works well for most solar cells, there are developing technologies where ultra-thin Si layers are produced planar (e.g. layer-transfer technologies and epitaxial c-Si layers) 1 and or when such layers are not compatible with textures substrates (e.g. evaporated silicon) 2. For such originally planar Si layer alternative light trapping approaches, such as diffuse white paint reflector 3, silicon plasma texturing 4 or high refractive index nanoparticle reflector 5 have been suggested.
Metal nanoparticles can effectively scatter incident light into a higher refractive index material, like silicon, due to the surface plasmon resonance effect 6. They also can be easily formed on the planar silicon cell surface thus offering a light-trapping approach alternative to texturing. For a nanoparticle located at the air-silicon interface the scattered light fraction coupled into silicon exceeds 95% and a large faction of that light is scattered at angles above critical providing nearly ideal light-trapping condition (Animation 2: Plasmons on NP). The resonance can be tuned to the wavelength region, which is most important for a particular cell material and design, by varying the nanoparticle average size, surface coverage and local dielectric environment 6,7. Theoretical design principles of plasmonic nanoparticle solar cells have been suggested 8. In practice, Ag nanoparticle array is an ideal light-trapping partner for poly-Si thin-film solar cells because most of these design principle are naturally met. The simplest way of forming nanoparticles by thermal annealing of a thin precursor Ag film results in a random array with a relatively wide size and shape distribution, which is particularly suitable for light-trapping because such an array has a wide resonance peak, covering the wavelength range of 700-900 nm, important for poly-Si solar cell performance. The nanoparticle array can only be located on the rear poly-Si cell surface thus avoiding destructive interference between incident and scattered light which occurs for front-located nanoparticles 9. Moreover, poly-Si thin-film cells do not requires a passivating layer and the flat base-shaped nanoparticles (that naturally result from thermal annealing of a metal film) can be directly placed on silicon further increases plasmonic scattering efficiency due to surface plasmon-polariton resonance 10.
The cell with the plasmonic nanoparticle array as described above can have a photocurrent about 28% higher than the original cell. However, the array still transmits a significant amount of light which escapes through the rear of the cell and does not contribute into the current. This loss can be mitigated by adding a rear reflector to allow catching transmitted light and re-directing it back to the cell. Providing sufficient distance between the reflector and the nanoparticles (a few hundred nanometers) the reflected light will then experience one more plasmonic scattering event while passing through the nanoparticle array on re-entering the cell and the reflector itself can be made diffuse - both effects further facilitating light scattering and hence light-trapping. Importantly, the Ag nanoparticles have to be encapsulated with an inert and low refractive index dielectric, like MgF2 or SiO2, from the rear reflector to avoid mechanical and chemical damage 7. Low refractive index for this cladding layer is required to maintain a high coupling fraction into silicon and larger scattering angles, which are ensured by the high optical contrast between the media on both sides of the nanoparticle, silicon and dielectric 6. The photocurrent of the plasmonic cell with the diffuse rear reflector can be up to 45% higher than the current of the original cell or up to 25% higher than the current of an equivalent cell with the diffuse reflector only.

Polycrystalline silicon thin-film solar cells on glass are fabricated by deposition of boron and phosphorous doped silicon layers followed by crystallisation, defect passivation and metallisation. Plasmonic light-trapping is introduced by forming Ag nanoparticles on the silicon cell surface capped with a diffused reflector resulting in ~45% photocurrent enhancement.

סיליקון polycrystalline תאים סולאריים סרט דק עם plasmonic משופרת אור השמנה

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

Construction and Testing of Coin Cells of Lithium Ion Batteries

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime. Lithium ion batteries have also been considered to be used in electric and hybrid vehicles1 or even electrical grid stabilization systems2. All these applications simulate a dramatic increase in the research and development of battery materials3-7, including new materials3,8, doping9, nanostructuring10-13, coatings or surface modifications14-17 and novel binders18. Consequently, an increasing number of physicists, chemists and materials scientists have recently ventured into this area. Coin cells are widely used in research laboratories to test new battery materials; even for the research and development that target large-scale and high-power applications, small coin cells are often used to test the capacities and rate capabilities of new materials in the initial stage. 
 In 2010, we started a National Science Foundation (NSF) sponsored research project to investigate the surface adsorption and disordering in battery materials (grant no. DMR-1006515). In the initial stage of this project, we have struggled to learn the techniques of assembling and testing coin cells, which cannot be achieved without numerous help of other researchers in other universities (through frequent calls, email exchanges and two site visits). Thus, we feel that it is beneficial to document, by both text and video, a protocol of assembling and testing a coin cell, which will help other new researchers in this field. This effort represents the "Broader Impact" activities of our NSF project, and it will also help to educate and inspire students.
In this video article, we document a protocol to assemble a CR2032 coin cell with a LiCoO2 working electrode, a Li counter electrode, and (the mostly commonly used) polyvinylidene fluoride (PVDF) binder. To ensure new learners to readily repeat the protocol, we keep the protocol as specific and explicit as we can. However, it is important to note that in specific research and development work, many parameters adopted here can be varied. First, one can make coin cells of different sizes and test the working electrode against a counter electrode other than Li. Second, the amounts of C black and binder added into the working electrodes are often varied to suit the particular purpose of research; for example, large amounts of C black or even inert powder were added to the working electrode to test the "intrinsic" performance of cathode materials14. Third, better binders (other than PVDF) have also developed and used18. Finally, other types of electrolytes (instead of LiPF6) can also be used; in fact, certain high-voltage electrode materials will require the uses of special electrolytes7.

A protocol to construct and test coin cells of lithium ion batteries is described. The specific procedures of making a working electrode, preparing a counter electrode, assembling a cell inside a glovebox and testing the cell are presented.

בנייה ובדיקה של תאים מטבע של סוללות ליתיום יון

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime.  Lithium ion ...

Optical Trapping of Nanoparticles

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping and manipulating small biological particles. Ashkin and co-workers first demonstrated optical tweezers using a single focused beam1. The single beam trap can be described accurately using the perturbative gradient force formulation in the case of small Rayleigh regime particles1. In the perturbative regime, the optical power required for trapping a particle scales as the inverse fourth power of the particle size. High optical powers can damage dielectric particles and cause heating. For instance, trapped latex spheres of 109 nm in diameter were destroyed by a 15 mW beam in 25 sec1, which has serious implications for biological matter2,3.
A self-induced back-action (SIBA) optical trapping was proposed to trap 50 nm polystyrene spheres in the non-perturbative regime4. In a non-perturbative regime, even a small particle with little permittivity contrast to the background can influence significantly the ambient electromagnetic field and induce a large optical force. As a particle enters an illuminated aperture, light transmission increases dramatically because of dielectric loading. If the particle attempts to leave the aperture, decreased transmission causes a change in momentum outwards from the hole and, by Newton's Third Law, results in a force on the particle inwards into the hole, trapping the particle. The light transmission can be monitored; hence, the trap can become a sensor. The SIBA trapping technique can be further improved by using a double-nanohole structure.
The double-nanohole structure has been shown to give a strong local field enhancement5,6. Between the two sharp tips of the double-nanohole, a small particle can cause a large change in optical transmission, thereby inducing a large optical force. As a result, smaller nanoparticles can be trapped, such as 12 nm silicate spheres7 and 3.4 nm hydrodynamic radius bovine serum albumin proteins8. In this work, the experimental configuration used for nanoparticle trapping is outlined. First, we detail the assembly of the trapping setup which is based on a Thorlabs Optical Tweezer Kit. Next, we explain the nanofabrication procedure of the double-nanohole in a metal film, the fabrication of the microfluidic chamber and the sample preparation. Finally, we detail the data acquisition procedure and provide typical results for trapping 20 nm polystyrene nanospheres.

The following setup approach details low power optical trapping of dielectric nanoparticles using a double-nanohole in metal film.

לכידה אופטית של חלקיקים

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping ...

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses triangulation between matching points in two views of the same scene at different angles to compute depth.&#160;However, unlike a stereo-based method, DFP uses a digital video projector to replace one of the cameras1. The projector rapidly projects a known sinusoidal pattern onto the subject, and the surface of the subject distorts these patterns in the camera&#8217;s field of view. Three distorted patterns (fringe images) from the camera can be used to compute the depth using triangulation.
Unlike other 3D measurement methods, DFP techniques lead to systems that tend to be faster, lower in equipment cost, more flexible, and easier to develop.&#160;DFP systems can also achieve the same measurement resolution as the camera.&#160;For this reason, DFP and other digital structured light techniques have recently been the focus of intense research (as summarized in1-5). Taking advantage of DFP, the graphics processing unit, and optimized algorithms, we have developed a system capable of 30&#160;Hz 3D video data acquisition, reconstruction, and display for over 300,000 measurement points per frame6,7.&#160;Binary defocusing DFP methods can achieve even greater speeds8.
Diverse applications can benefit from DFP techniques. Our collaborators have used our systems for facial function analysis9, facial animation10, cardiac mechanics studies11, and fluid surface measurements, but many other potential applications exist.&#160;This video will teach the fundamentals of DFP techniques and illustrate the design and operation of a binary defocusing DFP system.

This video describes the fundamentals of digital fringe projection techniques, which provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;It also demonstrates the design and operation of a high-speed binary defocusing system based on these techniques.

ברזולוציה גבוהה, במהירות גבוהה, הדמיה וידאו תלת ממדית עם טכניקות הקרנה הדיגיטלי פרינג&#39;

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and automotive. However, effective inspection and characterization metrology systems are needed to ensure the functional reliability of MEMS. This study presents a system based on digital holography as a tool for MEMS metrology. Digital holography has gained increasing attention in the past 20 years. With the fast development and decreasing cost of sensor arrays, resolution of such systems has increased broadening potential applications. Thus, it has attracted attention from both research and industry sides as a potential reliable tool for industrial metrology. Indeed, by recording the interference pattern between an object beam (which contains sample height information) and a reference beam on a CCD camera, one can retrieve the quantitative phase information of an object. However, most of digital holographic systems are bulky and thus not easy to implement on industry production lines. The novelty of the system presented is that it is lens-less and thus very compact. In this study, it is shown that the Compact Digital Holographic Microscope (CDHM) can be used to evaluate several characteristics typically consider as criteria in MEMS inspections. The surface profiles of MEMS in both static and dynamic conditions are presented. Comparison with AFM is investigated to validate the accuracy of the CDHM.

We present a compact reflection digital holographic system (CDHM) for inspection and characterization of MEMS devices. A lens-less design using a diverging input wave providing natural geometrical magnification is demonstrated. Both static and dynamic studies are presented.

עדשה-פחות קומפקטי מיקרוסקופ הולוגרפי הדיגיטלי פיקוח MEMS ואפיון

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...

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.

ספקטרוסקופיה פלואורסצנטי Quasi-תהודה רזולוציה גבוהה בסיוע Phonon

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

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few can observe immobilized particles. Moreover, a limited number of studies have experimentally measured the exertable forces on the particles. The designs can be classified as the protruding nanodisk type or the suppressed nanohole type. For the latter, microscopic observation is extremely challenging. In this paper, a new plasmonic tweezer system is introduced to monitor particles, both in directions parallel and orthogonal to the symmetric axis of a plasmonic nanohole structure. This feature enables us to observe the movement of each particle near the rim of the nanohole. Furthermore, we can quantitatively estimate the maximal trapping forces using a new fluidic channel.

A microchip fabrication process that incorporates plasmonic tweezers is presented here. The microchip enables the imaging of a trapped particle to measure maximal trapping forces.

השמנת Plasmonic ושחרור של חלקיקים בסביבת ניטור

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

Demonstration of a Hyperlens-integrated Microscope and Super-resolution Imaging

The use of super-resolution imaging to overcome the diffraction limit of conventional microscopy has attracted the interest of researchers in biology and nanotechnology. Although near-field scanning microscopy and superlenses have improved the resolution in the near-field region, far-field imaging in real-time remains a significant challenge. Recently, the hyperlens, which magnifies and converts evanescent waves into propagating waves, has emerged as a novel approach to far-field imaging. Here, we report the fabrication of a spherical hyperlens composed of alternating silver (Ag) and titanium oxide (TiO2) thin layers. Unlike a conventional cylindrical hyperlens, the spherical hyperlens allows for two-dimensional magnification. Thus, incorporation into conventional microscopy is straightforward. A new optical system integrated with the hyperlens is proposed, allowing for a sub-wavelength image to be obtained in the far-field region in real time. In this study, the fabrication and imaging setup methods are explained in detail. This work also describes the accessibility and possibility of the hyperlens, as well as practical applications of real-time imaging in living cells, which can lead to a revolution in biology and nanotechnology.

The use of a hyperlens has been regarded as a novel super-resolution imaging technique due to its advantages in real-time imaging and its simple implementation with conventional optics. Here, we present a protocol describing the fabrication and imaging applications of a spherical hyperlens.

הפגנה של מיקרוסקופ משולבת Hyperlens וכן הדמיה ברזולוציה סופר

The use of super-resolution imaging to overcome the diffraction limit of conventional microscopy has attracted the interest of researchers in biology and ...

Method for Recording Broadband High Resolution Emission Spectra of Laboratory Lightning Arcs

Lightning is one of the most common and destructive forces in nature and has long been studied using spectroscopic techniques, first with traditional camera film methods and then digital camera technology, from which several important characteristics have been derived. However, such work has always been limited due to the inherently random and non-repeatable nature of natural lightning events in the field. Recent developments in lightning test facilities now allow the reproducible generation of lightning arcs within controlled laboratory environments, providing a test bed for the development of new sensors and diagnostic techniques to understand lightning mechanisms better. One such technique is a spectroscopic system using digital camera technology capable of identifying the chemical elements with which the lightning arc interacts, with these data then being used to derive further characteristics. In this paper, the spectroscopic system is used to obtain the emission spectrum from a 100 kA peak, 100 &#181;s duration lightning arc generated across a pair of hemispherical tungsten electrodes separated by a small air gap. To maintain a spectral resolution of less than 1 nm, several individual spectra were recorded across discrete wavelength ranges, averaged, stitched, and corrected to produce a final composite spectrum in the 450 nm (blue light) to 890 nm (near infrared light) range. Characteristic peaks within the data were then compared to an established publicly available database to identify the chemical element interactions. This method is readily applicable to a variety of other light emitting events, such as fast electrical discharges, partial discharges, and sparking in electrical equipment, apparatus, and systems.

Emission spectroscopy techniques have traditionally been used to analyze inherently random lightning arcs occurring in nature. In this paper, a method developed to obtain the emission spectroscopy from reproducible lightning arcs generated within a laboratory environment is described.

שיטה להקלטת פליטת ברזולוציה גבוהה בפס רחב ספקטרום של קשתות ברק מעבדה

Lightning is one of the most common and destructive forces in nature and has long been studied using spectroscopic techniques, first with traditional ...

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by employing an aberration-corrected scanning transmission electron microscope as the exposure tool. Here, we present results of single-digit nanometer patterning of two widely used electron-beam resists: poly (methyl methacrylate) and hydrogen silsesquioxane. The method achieves sub-5 nanometer features in poly (methyl methacrylate) and sub-10 nanometer resolution in hydrogen silsesquioxane. High-fidelity transfer of these patterns into target materials of choice can be performed using metal lift-off, plasma etch, and resist infiltration with organometallics.

We use an aberration-corrected scanning transmission electron microscope to define single-digit nanometer patterns in two widely-used electron-beam resists: poly (methyl methacrylate) and hydrogen silsesquioxane. Resist patterns can be replicated in target materials of choice with single-digit nanometer fidelity using liftoff, plasma etching, and resist infiltration by organometallics.

חד-ספרתיות ננומטר ליתוגרפיה קרינה עם תיקון סטייה סריקה הילוכים מיקרוסקופ אלקטרוני

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by ...