Questo progetto è stato sostenuto in parte dalla National Science Foundation e dalla Air Force Research Laboratory attraverso il programma CONTATTO.

1. Sensore di progettazione e fabbricazione <ol><li> Progettare una guida d&#39;onda a piatti paralleli, con una o più cavità integrati (o &quot;scanalature&quot;). Vedere le figure 1 e 2. Geometria può essere basata su quanto indicato nella nostre precedenti pubblicazioni 8,9 o appositamente progettati per la particolare applicazione. I seguenti principi generali che guidano sono suggeriti: <ol><li> Spaziatura delle piastre: In questo esperimento una spaziatura delle piastre di 1mm viene utilizzato per accoppiamento efficace al modo TE1 senza necessità di speciali ottiche. Assicura anche monomodale propagazione alle frequenze di interesse. Quando si utilizza spaziature piastra, multimodale efficienza propagazione, dispersione e accoppiamento dovrebbe essere considerato. </li><li> Distanziatori: Questa spaziatura piastra è mantenuta utilizzando distanziatori dielettrici. Piccoli pezzi di vetro di spessore molto uniforme fare distanziali eccellenti - nel nostro caso, si usa frammenti di un vetrino da microscopio in frantumi, con un spessore di 1 mm + / - 3 micron. </li&gt; <li> Dimensione lastre: Le piastre stesse dovrebbero essere sufficientemente ampia da poter essere considerato infinito rispetto al fascio di ingresso. (Nel nostro caso, 4,75 centimetri per un fascio di 1,2 cm.) Lo spessore di ciascuna piastra deve essere molto più spessa rispetto alla profondità della pelle, e piastre più spesse (&gt; 1 cm) sono raccomandate per ridurre la possibilità di energia che passa sopra o sotto la guida d&#39;onda e raggiunge il sensore. Lunghezza propagazione dovrebbe essere sufficiente che la scanalatura è almeno due volte la sua larghezza propria distanza dall&#39;ingresso e facce di uscita, ma minimizzato per ridurre la dispersione. </li><li> Piastra Geometry carena: per consentire un facile accesso alla scanalatura, la piastra di guida d&#39;onda inferiore deve essere significativamente più larga della piastra superiore, mentre la scanalatura si estende quasi (ma non abbastanza) l&#39;intera larghezza della piastra. (Vedi figura 1) In questo modo è molto più facile per accedere alla gola e monitorare il livello di riempimento. </li><li> Viti: Sia superiore e la piastra inferiore con estensione in modo che le viti possono essere inseriti per tenere l&#39;ondaguidare insieme senza ostacolare né le scanalature o il percorso di propagazione. (Vedi figura 1) I fori nella piastra di fondo sono filettati, mentre non sono top. </li><li> Geometria cavità: Design per la scanalatura dipende dalla frequenza di risonanza desiderata, la larghezza di riga desiderata, e la spaziatura delle piastre scelto, tra gli altri fattori. E &#39;importante prendere in considerazione i limiti delle vostre tecniche di fabbricazione per scanalature molto strette o molto bassa. Scanalature multiple per il rilevamento multicanale hanno requisiti ulteriori 10. </li><li> Ungrooved Version: un disegno identico in ogni aspetto SENZA una scanalatura dovrebbe anche essere fabbricato, da utilizzare come riferimento. </li></ol></li><li> Realizzazione della guida d&#39;onda può essere fatto mediante lavorazione meccanica. IMPORTANTE: non smussare i bordi delle piastre, in particolare sulla faccia di ingresso. Bordi arrotondati sono una pratica standard in molte officine meccaniche per ragioni di sicurezza, ma un bordo arrotondato sulla faccia di ingresso distorcono il segnale. </li><li> MontaggioProcedura. Dopo le due piastre sono state fabbricate, devono essere assemblati in guida d&#39;onda. <ol><li> Utilizzare un oggetto L-staffa o altro piatto per creare una struttura con due superfici piane perpendicolari l&#39;uno all&#39;altro. Posizionare la piastra di fondo sulla superficie orizzontale e premere a filo contro la superficie verticale. Posizionare i distanziali dielettrici più vicino ai fori per le viti possibili (due per vite, una per ogni lato), facendo attenzione a non ostruire la gola o di estendere al di là della faccia di ingresso. </li><li> Posizionare con cura il filo piastra superiore contro la superficie verticale e farlo scorrere verso il basso per sedersi sulla piastra inferiore e distanziali. Tenendo entrambe le piastre a filo contro la superficie verticale, inserire le viti. Avvitare giù in modo incrementale in uno schema alternato. Questa procedura porta ad una guida d&#39;onda con una faccia di ingresso perfettamente piana e spaziatura lamina uniforme. </li></ol></li></ol> 2. Apparato sperimentale Questo protocollo presuppone l&#39;utente has accesso ad una trasmissione a geometria terahertz dominio del tempo spettrometro (nel nostro caso, il Picometrix T-Ray 4.000) e conosce ottenere forme d&#39;onda nel dominio del tempo e la trasformata di Fourier di dominio della frequenza. <ol><li> Configurazione confocale. Se non già presente, quattro lenti dovrebbero essere introdotti nel percorso del raggio in un orientamento confocale al fine di fornire un focus tenuta a metà del percorso. </li><li> Inserire una apertura al punto focale. L&#39;apertura deve essere sufficientemente grande da bloccare le radiazioni dalla moltiplicazione non attraverso la guida d&#39;onda. La dimensione dell&#39;apertura determinerà la dimensione del fascio che si propaga in guida d&#39;onda (nel nostro caso, 12 mm). </li><li> Posto guida d&#39;onda immediatamente dietro l&#39;apertura, con la faccia di entrata in contatto con l&#39;apertura e con l&#39;asse di propagazione guida d&#39;onda allineato il più possibile con l&#39;asse ottico. L&#39;allineamento qui è critica - riflessioni, dispersione, variazione delle frequenze di cut-off e risonante, e altri issues possono sorgere a causa di allineamento non corretto della guida d&#39;onda. Usare un supporto sicuro per assicurare il posizionamento ripetibile. </li><li> Titolare siringa: è utile avere una struttura che tiene la siringa in posizione in modo che la punta sia allineata con la scanalatura. In questo modo è possibile ridurre la possibilità di errori nel riempimento a causa del movimento della siringa in mano. </li></ol> 3. Preparazione del campione <ol><li> Procedura di pulizia: Smontare la guida d&#39;onda. Lavare entrambe le piastre della guida d&#39;onda accuratamente in un solvente appropriato per rimuovere eventuali residui dall&#39;esperimento. Soffiare con aria compressa. Rimontare come in 1.3. </li><li> Siringa Preparazione. Per ottenere risultati ottimali, si consiglia di utilizzare una siringa diversa per ogni materiale per evitare la contaminazione incrociata. Se questo non è possibile, la siringa deve essere pulita con lo stesso solvente. </li><li> Riempire la siringa al volume appropriato di riempimento con il liquido da testare. Cercate di eliminare eventuali bolle. </li></ol><ol><li> Posizionare la guida d&#39;onda ungrooved riferimento nella strumentazione descritta in (2.3). Prendete una forma d&#39;onda di riferimento della guida d&#39;onda ungrooved, quindi rimuovere. Ciò è necessario solo una volta ogni poche ore durante ogni sessione sperimentale, a seconda della stabilità a lungo termine del segnale nel dominio del tempo spettrometro. </li><li> Posizionare pulito waveguide scanalato in apparecchi, come descritto in (2.3) </li><li> Prendete una forma d&#39;onda per la guida d&#39;onda vuota scanalato. NOTA: Questo deve essere fatto ogni volta che viene rimossa la guida d&#39;onda e pulito. Il processo di rimozione e smontaggio possono portare a variazioni molto piccole nella geometria della guida d&#39;onda. Queste variazioni influenzerà la frequenza assoluta di risonanza delle scanalature vuoti e pieni, ma non lo spostamento osservato, per cui ogni misura &quot;piena&quot; richiede il proprio riferimento &quot;vuoto&quot; per calcolare lo spostamento. </li><li> Senza muovere la guida d&#39;onda, mettere la siringa riempita in posizione nel supporto. Lentamente riempire la scanalatura, mantenendoguarda che il riempimento è buona, senza bolle o di overflow. (Come determinare la giusta quantità di riempimento è descritto nella sezione di discussione.) Prendere un&#39;altra forma d&#39;onda. </li><li> Se il sistema ha più di una scanalatura, continuare a riempire solchi e prendendo forme d&#39;onda come desiderato. </li><li> Rimuovere e pulire guida d&#39;onda (come al punto 3). </li><li> Ripetere il numero di volte necessario. Per ottenere i migliori risultati, diversi set di dati per ciascun campione sono raccomandate per ridurre l&#39;errore. </li></ol> 5. Risultati rappresentativi Analisi dei dati di queste forme d&#39;onda è semplice e può seguire usuali tecniche dello sperimentatore per trasformare nel dominio della frequenza. Spettri di frequenza, come quelli indicati nella Figura 3 dovrebbe risultare. Questi possono essere squadrate e diviso per la forma d&#39;onda di riferimento per ottenere spettri di trasmissione di potenza, come la figura 4. La frequenza centrale e la larghezza di riga delle risonanze per le guide d&#39;onda vuoti e pieni possono essere measured da questi spettri, o convulsioni Lorentziane può essere eseguita per aumentare la precisione. Lo spostamento risonante causata dal liquido sia soltanto la differenza tra le frequenze osservate centrali delle risonanze per le guide d&#39;onda vuoti e pieni. Convertire questo in una misura dell&#39;indice di rifrazione, il rapporto tra lo spostamento e il RI deve essere stabilito. Questo può fatto sperimentalmente seguendo questa procedura con campioni di indice noto, o computazionalmente effettuando simulazioni della gola piena di campioni di nota indice 9, o analiticamente utilizzando la modalità tecniche di corrispondenza 8. Dopo uno spostamento curva della RI è stabilito, RI misurazioni di campioni sconosciuti può essere eseguita con precisione. Ci sono alcuni errori specifici che possono verificarsi durante questa procedura. Bolle o errori nel riempimento della scanalatura può dare origine a dati rumorosi o non corretti, per cui si consiglia di più set di dati per ciascuna sample materiale. Un&#39;altra fonte di errore è frequente nel posizionamento delle guide d&#39;onda. Se le guide d&#39;onda di riferimento e il sensore sono posizionati esattamente nello stesso allineamento, eventuali riflessioni o altri artefatti sarà la stessa per entrambi e dividerà fuori dello spettro di trasmissione. Se l&#39;allineamento è leggermente fuori, le riflessioni non divide out e ringing sarà osservato negli spettri di trasmissione (alcune suoneria minore può essere visto in Figura 4). Se non è auspicabile riprendere i dati, è possibile eliminare tale suoneria dal taglio dominio del tempo della forma d&#39;onda della prima riflessione appare, ma questo riduce notevolmente la risoluzione spettrale e quindi la risoluzione indice di rifrazione è limitata. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig1.jpg" /> Figura 1. Fotografia della guida d&#39;onda con le parti interessate marcati. Si noti che la scanalatura non estende l&#39;indirizzontire lunghezza o larghezza della guida d&#39;onda e la struttura è progettata in modo che l&#39;hardware di montaggio non ostruire la scanalatura o il percorso di propagazione radiazioni. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig2.jpg" /> Figura 2. Schema della guida scanalata. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig3.jpg" /> Figura 3. (A) spettri di frequenza del campione per la guida d&#39;onda di riferimento (nero), la guida d&#39;onda scanalato senza riempimento di liquido (blu), e la guida d&#39;onda scanalato con liquido, in questo caso tetradecano (rosso). Le frequenze di taglio per la TE e TE 1 <samp>3</samp> modi di propagazione sono mostrate, così come le linee di vapore di assorbimento dell&#39;acqua. (B) Closeup delle risonanze per le guide d&#39;onda vuoti e pieni scanalate. <img alt="Figura 4" src=&quot;/ Files/ftp_upload/4304/4304fig4.jpg&quot; /&gt; Figura 4. Spettri di trasmissione di potenza per le guide d&#39;onda vuoti e pieni scanalate. La differenza di frequenza tra le due caratteristiche di risonanza è lo spostamento risonante (Af), che riguarda l&#39;indice di rifrazione.

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	<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>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Va osservato che l&#39;indice di rifrazione del liquido in esame viene determinata solo alla frequenza di risonanza della cavità non, su una banda larga. Questo ha alcuni vantaggi distinti. Primo, sebbene le nostre misurazioni hanno fatto uso di una fonte terahertz banda larga per scopi di caratterizzazione, si potrebbe anche costruire un sistema equivalente di rilevamento con una singola frequenza sorgente THz con solo un grado limitato di sintonizzabilità frequenza, un approccio che potrebbe essere molto meno costos...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome del reagente </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td><td> Commenti (opzionale) </td></tr><tr><td> Siringa da 10 microlitri </td><td> Hamilton </td><td> 80314 </td><td> Alta precisione di siringa </td></tr><tr><td> Alcani liquidi </td><td> Acros Organics </td><td></td><td> I campioni per la calibrazione e di prova </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Nessuna attrezzatura specifica è richiesta. Materiali di prova idonei e solventi sono lasciati alla discrezione dello sperimentatore. L&#39;alta precisione siringhe utilizzate in questa procedura sono elencati nella tabella sottostante, ma lo sperimentatore potrebbe usare siringhe di volume diverso o progettazione, comprese siringhe digitali per una maggiore precisione. Gli alcani test utilizzati in questo esperimento sono elencati. </td></tr></tbody></table>

terahertz microfluidic sensing using a parallel-plate waveguide sensor

Indice di rifrazione (RI) è un rilevamento non invasivo potente e privo di etichetta tecnica di rilevamento per la rilevazione di identificazione e monitoraggio dei campioni microfluidici con una vasta gamma di modelli di sensori possibili, come interferometri e 1,2 risonatori. Applicazioni più del RI esistente rilevamento concentrarsi su materiali biologici in soluzioni acquose a frequenze visibili e IR, come ibridazione DNA e sequenziamento del genoma. A frequenze terahertz, applicazioni includono il controllo della qualità, il controllo dei processi industriali e di rilevamento e applicazioni di rilevamento che coinvolgono materiali non polari. Diversi disegni potenziali per sensori indice di rifrazione del regime terahertz esistono, compreso guide d&#39;onda a cristallo fotonico 3, asimmetrici split-risonatori ad anello 4, e strutture band gap fotoniche integrate in parallelo alla piastra guide d&#39;onda 5. Molti di questi disegni sono basati su risonatori ottici quali anellio cavità. Le frequenze di risonanza di queste strutture dipendono l&#39;indice di rifrazione del materiale in o intorno al risonatore. Monitorando i cambiamenti nella frequenza di risonanza di rifrazione di un campione può essere misurata con precisione e questo a sua volta può essere utilizzato per identificare un materiale, monitorare la contaminazione o diluizione, ecc Il design del sensore usiamo qui è basato su una semplice guida d&#39;onda a piatti paralleli 6,7. Una scanalatura rettangolare lavorato in uno dell&#39;orologio funziona come una cavità risonante (figure 1 e 2). Quando la radiazione terahertz è accoppiata nella guida d&#39;onda e si propaga nel ordine più basso-elettrico trasversale (TE 1) modalità, il risultato è un singolo elemento forte risonanza con una frequenza di risonanza sintonizzabile che dipende dalla geometria della scanalatura 6,8. Questo solco può essere riempito con campioni liquidi non polari microfluidici che provocano uno spostamento nella frequenza di risonanza osservata che dipende dalla quantità di liquid nella scanalatura e il suo indice di rifrazione 9. Nostra tecnica ha un vantaggio rispetto altre tecniche terahertz nella sua semplicità, sia nella fabbricazione e attuazione, dato che il procedimento può essere realizzato con apparecchiature di laboratorio standard senza la necessità di una stanza pulita o qualsiasi fabbricazione speciale o tecniche sperimentali. Può anche essere facilmente esteso al funzionamento multicanale tramite l&#39;incorporazione di scanalature multiple 10. In questo video si descrivono nostra procedura sperimentale completo, dal progetto del sensore per l&#39;analisi dei dati e la determinazione dell&#39;indice di rifrazione del campione.

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Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

La procedura per l&#39;attuazione di un sensore di indice di rifrazione per frequenze terahertz basato su un scanalata geometria a piatti paralleli guida d&#39;onda è descritto qui. Il metodo fornisce una misura dell&#39;indice di rifrazione di un piccolo volume di liquido attraverso il monitoraggio dello spostamento della frequenza di risonanza della struttura di guida d&#39;onda

Terahertz Sensing microfluidici Utilizzando un parallelo-piastra sensore guida d&#39;onda

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

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10.7K Views.  Rice University. La procedura per l'attuazione di un sensore di indice di rifrazione per frequenze terahertz basato su un scanalata geometria a piatti paralleli guida d'onda è descritto qui. Il metodo fornisce una misura dell'indice di rifrazione di un piccolo volume di liquido attraverso il monitoraggio dello spostamento della frequenza di risonanza della struttura di guida d'onda

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.

Progettazione, fabbricazione, e Sperimentale Caratterizzazione di plasmoniche Emettitori Terahertz fotoconduttive

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

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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.

Come costruire un vuoto primavera-trasporto Pacchetto per la filatura rotore Indicatori

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 ...

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each thermoplastic of interest. Solvent bonding is a simple and versatile method that can be used to fabricate devices from a variety of plastics. An appropriate solvent is added between two device layers to be bonded, and heat and pressure are applied to the device to facilitate the bonding. By using an appropriate combination of solvent, plastic, heat, and pressure, the device can be sealed with a high quality bond, characterized as having high bond coverage, bond strength, optical clarity, durability over time, and low deformation or damage to microfeature geometry. We describe the procedure for bonding devices made from two popular thermoplastics, poly(methyl-methacrylate) (PMMA), and cyclo-olefin polymer (COP), as well as a variety of methods to characterize the quality of the resulting bonds, and strategies to troubleshoot low quality bonds. These methods can be used to develop new solvent bonding protocols for other plastic-solvent systems.

Solvent bonding is a simple and versatile method for fabricating thermoplastic microfluidic devices with high quality bonds. We describe a protocol to achieve strong, optically clear bonds in PMMA and COP microfluidic devices that preserve microfeature details, by a judicious combination of pressure, temperature, an appropriate solvent, and device geometry.

Bonding solvente per la fabbricazione di PMMA e COP dispositivi microfluidici

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

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.

Fabbricazione di Nanopillar-Based Split Ring risonatori di corrente di spostamento mediata Risonanze a Terahertz metamateriali

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

Fabrication of Flexible Image Sensor Based on Lateral NIPIN Phototransistors

Flexible photodetectors have been intensely studied for the use of curved image sensors, which are a crucial component in bio-inspired imaging systems, but several challenging points remain, such as a low absorption efficiency due to a thin active layer and low flexibility. We present an advanced method to fabricate a flexible phototransistor array with an improved electrical performance. The outstanding electrical performance is driven by a low dark current owing to deep impurity doping. Stretchable and flexible metal interconnectors simultaneously offer electrical and mechanical stabilities in a highly deformed state. The protocol explicitly describes the fabrication process of the phototransistor using a thin silicon membrane. By measuring I-V characteristics of the completed device in deformed states, we demonstrate that this approach improves the mechanical and electrical stabilities of the phototransistor array. We expect that this approach to a flexible phototransistor can be widely used for the applications of not only next-generation imaging systems/optoelectronics but also wearable devices such as tactile/pressure/temperature sensors and health monitors.

We present a detailed method to fabricate a deformable lateral NIPIN phototransistor array for curved image sensors. The phototransistor array with an open mesh form, which is composed of thin silicon islands and stretchable metal interconnectors, provides flexibility and stretchability. The parameter analyzer characterizes the electrical property of the fabricated phototransistor.

Fabbricazione di sensore di immagine flessibile basato su Francesca laterale fototransistori

Flexible photodetectors have been intensely studied for the use of curved image sensors, which are a crucial component in bio-inspired imaging systems, ...

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.

Filamenti di Laser a femtosecondi per Imaging Sub Diffraction-Limited e telerilevamento

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.

Una piattaforma con punta di silicio di rilevamento in fibra ottica ad alta risoluzione e risposta veloce

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.

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.

Misurazione delle emissioni del numero di particelle reali di guida sub-23metrico utilizzando il sistema portatile di campionamento DownToTen

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

Electroantennography-based Bio-hybrid Odor-detecting Drone using Silkmoth Antennae for Odor Source Localization

Small drones with chemical or biosensor devices that can detect airborne odorant molecules have attracted considerable attention owing to their applicability in environmental and security monitoring and search-and-rescue operations. Small drones with commercial metal-oxide-semiconductor (MOX) gas sensors have been developed for odor source localization; however, their real-time-odor-detection performance has proven inadequate. However, biosensing technologies based on insect olfactory systems exhibit relatively high sensitivity, selectivity, and real-time response with respect to odorant molecules compared to commercial MOX gas sensors. In such devices, excised insect antennae function as portable odorant biosensor elements and have been found to deliver excellent sensing performance. This study presents experimental protocols for odorant-molecule detection in the air using a small autonomous bio-hybrid drone based on a mountable electroantennography (EAG) device incorporating silkmoth antennae.
We developed a mountable EAG device including sensing/processing parts with a Wi-Fi module. The device was equipped with a simple sensor enclosure to enhance the sensor directivity. Thus, odor source localization was conducted using the spiral-surge algorithm, which does not assume an upwind direction. The experimental bio-hybrid odor-detecting drone identified real-time odorant-concentration differences in a pseudo-open environment (outside a wind tunnel) and localized the source. The developed drone and associated system can serve as an efficient odorant molecule-detection tool and a suitable flight platform for developing odor source localization algorithms owing to its high programmability.

This study introduces experimental protocols for a bio-hybrid odor-detecting drone based on silkmoth antennae. The operation of an experimental electroantennogram device with silkmoth antennae is presented, in addition to the structure of a bio-hybrid drone designed for odor source localization using the spiral-surge algorithm.

Drone bioidro ibrido per il rilevamento degli odori basato sull'elettroantenografia che utilizza le antenne Silkmoth per la localizzazione della fonte di odore