Questo lavoro è stato sostenuto da JSPS KAKENHI, i numeri di sovvenzione JP16K17988 e JP16K05996 e dal Programma di promozione strategica dell&#39;Innovazione Strategica Cross-Ministerial Unit D66, Misurazione Innovativa e Analisi per i Materiali Strutturali (SIP-IMASM), gestito dall&#39;ufficio del mobile. Gli autori sono anche grati al Dott. Satoshi Kishimoto e Kimiyoshi Naito a NIMS per il loro materiale CFRP.

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Gli autori non hanno niente da rivelare.

Nella tecnica descritta, un passo impegnativo è la realizzazione della griglia di micro / nano scala o di griglia (abbreviata come griglia) 26 se sul modello non esiste un pattern periodico. Il passo della griglia deve essere uniforme prima della deformazione perché è un parametro importante per la misura della deformazione. Se il materiale è un metallo, una litografia in metallo o una ceramica, la litografia a nano d&#39;impronta UV o riscaldamento (NIL) 27 , la litografia a fascio di elettroni (EBL) 2 , la fresatura a fascio ionico (FIB) 6 o il metodo della duplicazione della griglia 26 usato. Se il materiale contiene un polimero debole, non si suggerisce la fresatura EBL e FIB. Quando un componente del materiale non è resistente al calore, il riscaldamento NIL non può essere utilizzato. Se il campione è un film sottile, il metodo duplicato della griglia è difficile da applicare perché non è facile separare il campione. Il passo critico per ilLa misura della strain dell&#39;immagine della griglia prima e dopo la deformazione utilizzando la tecnica proposta è la generazione di frange di moiré 22 di campionamento, il cui principio è diverso dal principio di formazione delle frange di moiré tradizionali di interferenza. Per generare campioni di moiré di campionamento distinti, è consigliato un filtro passa-basso, ad esempio un algoritmo FT, per eliminare linee o punti indesiderati. Se le frange del moiré di campionamento sono indistinte dopo il campionamento in basso ( ad esempio, sfilando l&#39;immagine della griglia) e l&#39;interpolazione lineare-intensità, è possibile applicare un filtro di levigatura, ad esempio un filtro medio, prima di eseguire il campionamento in basso. Un&#39;algoritmo di interpolazione B-spline di secondo o addirittura terzo ordine può essere utilizzato per l&#39;interpolazione dell&#39;intensità per generare estremi campi di moiré di campionamento. Rispetto ai metodi moiré tradizionali, la proposta tecnica di moiré di campionamento per la misura della distribuzione di ceppi ha il vantaggio di essereUna semplice misurazione della tensione 2D e che ha una lavorazione semplice, alta sensibilità alla deformazione ad alta velocità, elevata precisione di misura 23 . La misurazione del ceppo 2D può essere facilmente eseguita senza ruotare la fase del campione o le linee di scansione del microscopio, che è necessario nei metodi convenzionali. Inoltre, può essere misurata la deformazione dinamica, in quanto le informazioni richieste sono solo un&#39;immagine a griglia singola a ogni carico. Questo non può essere fatto con il metodo moiré temporale di spostamento di fase, poiché sono necessarie diverse immagini griglia o moiré, insieme al tempo ad ogni carico. Sebbene la tecnica descritta consente di effettuare misure di strappo 2D semplici alle bilance micro / nano, ha le proprie limitazioni 23 , come tutte le altre tecniche. Il passo della griglia in un&#39;immagine registrata dovrebbe essere maggiore di 1,8 pixel per generare i bordi del moiré a due pixel oa più pixel. Se l&#39;altezza della griglia nell&#39;immagine è di circa 2 piXels, i bordi del moiré di campionamento a 2 pixel possono servire come sostituto per i microfoni scanning moiré, con lo stesso campo visivo allo stesso ingrandimento. Tuttavia, se l&#39;altezza della griglia in un&#39;immagine è di circa 1 pixel alla risoluzione di scansione più elevata del microscopio, quando le estremi di moiré di scansione distinte sono direttamente osservabili, i margini di moiré di campionamento non saranno in grado di formarsi allo stesso ingrandimento. Anche se i campioni di moiré di campionamento possono essere generati quando si aumenta l&#39;ingrandimento del microscopio, il campo di vista della misura di deformazione diminuirà. Fortunatamente, le risoluzioni di scansione dei microscopi commerciali si stanno migliorando, e nella maggior parte dei casi possono essere generati campioni di frange di moiré. Maggiore è la risoluzione di scansione, maggiore è il numero di pixel di un passo di griglia e maggiore è la precisione di misura della deformazione. Al contrario del metodo moiré di moltiplicazione ricostruito da moiré fri di campionamento a 2 pixelNges, il metodo di moiré di campionamento spostamento fase-fase da fringere moiré a campionamento multi-pixel ha una velocità di elaborazione più elevata e un&#39;accuratezza di misurazione più elevata, ma un campo visivo più piccolo. La scelta del metodo dipende dal numero di pixel dell&#39;intensità della griglia del campione o sulla precisione richiesta e dal campo visivo se il numero di pixel del campo di griglia del campione è controllabile. Entrambi i metodi sono utili per prendere misure di deformazione non distruttive e fare valutazioni quantitative delle proprietà meccaniche, occorrenze e crescita della crepe, sollecitazioni residue, rilevamento dei difetti, caratterizzazione strutturale ecc.

Le misure di deformazione a scala micro / nano sono fondamentali per valutare le proprietà meccaniche, i comportamenti di instabilità, le sollecitazioni residue e gli eventi di creazione di materiali avanzati. Poiché le tecniche ottiche sono non-contatti, a campo pieno e non distruttivo, sono stati sviluppati diversi metodi ottici per la misura della deformazione negli ultimi decenni. Negli ultimi anni, le tecniche di misura della deformazione a scala micro / nano includono principalmente i metodi moiré 1 , 2 , 3 , 4 , l&#39;analisi di fase geometrica (GPA) 5 , 6 , la trasformazione di Fourier (FT), la correlazione digitale di immagini (DIC) e Interferometria elettronica a speckle (ESPI). Tra queste tecniche, GPA e FT non sono adatti per misure di deformazione complesse perché esistono più frequenze. Il metodo DIC è simMa impotente contro il rumore, perché il vettore di deformazione è speckle casuale. Infine, ESPI è fortemente sensibile alla vibrazione. Tra i metodi di moiré micro / nano-scala, i metodi più comunemente utilizzati sono attualmente i metodi di scansione del microscopio moiré come moiré 7 , 8 , 9 , scansione laser moiré 10 , 11 e microscopio a forza atomica moiré 12 , E alcuni metodi di moiré basati sul microscopio, come il metodo moiré digitale / sovrapposto 13 , 14 , 15 e il metodo di moltiplicazione / frazionamento moiré 16 , 17 . Il metodo di moiré di scansione ha molti vantaggi, come un ampio campo visivo, alto rendimentoL&#39;insensibilità al rumore casuale. Tuttavia, il metodo di moiré tradizionale di scansione è scomodo per le misurazioni di ceppo 2D perché è necessario ruotare la fase di campionamento o la direzione di scansione per 90 ° e scansionare due volte per generare le frange in moire in due direzioni 18 . La rotazione ei processi di scansione doppio introducono errori di rotazione e richiedono molto tempo, influenzando seriamente l&#39;accuratezza della misurazione del ceppo 2D, in particolare per il ceppo di taglio. Anche se la tecnica temporale di spostamento di fase 19 , 20 può migliorare l&#39;accuratezza della misurazione della deformazione, richiede tempo e un dispositivo di spostamento di fase speciale non adatto per test dinamici. Il metodo di moiré di campionamento 21 , 22 ha un&#39;alta precisione nelle misure di spostamento ed è ora utilizzato principalmente per misure di deflessione sui ponti quando le automobili pculo. Per estendere il metodo del moiré di campionamento a misure di tensione 2D a micro / nano scala, è stato recentemente sviluppato un metodo di moiré di moltiplicazione ricostituito 23 da due frange di moiré di campionamento a due pixel, in cui le misure sono due volte sensibili e l&#39;ampio campo visivo della Viene mantenuto il metodo di scansione del moiré. Inoltre, il metodo di moiré di campionamento spostamento di fase è sviluppato anche dai fringoni moiré a campionamento multi-pixel, consentendo misure di strain ad alta precisione. Questo protocollo introdurrà la procedura dettagliata di misurazione del ceppo e dovrebbe aiutare i ricercatori e gli ingegneri a imparare a misurare la deformazione, migliorando i processi di produzione dei materiali e dei prodotti.

<table><tbody><tr><td>Automatic Polishing Machine</td><td>Marumoto Struers K.K.</td><td>LaboPol-30, Labor Force-100</td><td></td></tr><tr><td>Carbon Fiber Reinforced Plastic</td><td>Mitsubishi Plastics, Inc.&amp;nbsp;</td><td>HYEJ16M95DHX1</td><td></td></tr><tr><td>Computer</td><td>DELL Japan</td><td>VOSTRO</td><td>Can be replaced with another computer with C++ programming language</td></tr><tr><td>Image Recording Software</td><td>Lasertec Corporation</td><td>LMEYE7</td><td>Installed in a laser scanning microscope</td></tr><tr><td>Ion Coater</td><td>Japan Electron Optics Laboratory Ltd.</td><td>JEC3000F</td><td></td></tr><tr><td>Laser Scanning Microscope</td><td>Lasertec Corporation</td><td>OPTELICS HYBRID</td><td></td></tr><tr><td>Nanoimprint Device</td><td>Japan Laser Corporation&amp;nbsp;</td><td>EUN-4200</td><td>Can be replaced with a electron beam lithography device or a focused ion beam milling device</td></tr><tr><td>Nanoimprint Mold</td><td>SCIVAX Corporation</td><td>3.0&amp;mu;m pitch</td><td>Customized</td></tr><tr><td>Nanoimprint Resist</td><td>Toyo Gosei Co., Ltd&amp;nbsp;</td><td>PAK01</td><td></td></tr><tr><td>Polishing Solution</td><td>Marumoto Struers K.K.</td><td>DP-Spray P 15&amp;mu;m, 1&amp;mu;m, 0.25&amp;mu;m</td><td>Use from coarse to fine</td></tr><tr><td>Pipet</td><td>AS ONE Corporation</td><td>10mL</td><td></td></tr><tr><td>Sand Paper</td><td>Marumoto Struers K.K.</td><td>SiC Foil #320, #800</td><td>Use from coarse to fine</td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td>MIKASA Corporation</td><td>MS-A100</td><td></td></tr></tbody></table>

micro/nano-scale strain distribution measurement from sampling moir&#233; fringes

Questo lavoro descrive la procedura di misurazione ei principi di una tecnica di moiré di campionamento per le misurazioni di deformazione a scala micro / nano a campo pieno. La tecnica sviluppata può essere eseguita in due modi: utilizzando il metodo moiré di moltiplicazione ricostruito o il metodo moiré di campionamento spostamento di fase. Quando l&#39;intensità della griglia del campione è di circa 2 pixel, vengono creati frange di moiré di campionamento a 2 pixel per ricostruire un modello di moiré di moltiplicazione per una misura di deformazione. Entrambe le sensibilità di spostamento e di tendenza sono due volte più elevate rispetto al metodo di moiré tradizionale di scansione nello stesso ampio campo visivo. Quando l&#39;intensità della griglia del campione è di circa o maggiore di 3 pixel, vengono creati fringere di moiré di campionamento a più pixel e una combinazione di tecniche di spostamento di fase per una misura di deformazione a campo pieno. L&#39;accuratezza della misurazione del ceppo è notevolmente migliorata e la misura automatica del batch è facilmente raggiungibile.Entrambi i metodi possono misurare le distribuzioni bidimensionali (2D) di una singola immagine di griglia senza ruotare il campione o le linee di scansione, come nelle tecniche moiré tradizionali. Come esempi, le distribuzioni di spostamento e deformazione 2D, inclusi i ceppi di taglio di due esemplari di plastica rinforzati con fibra di carbonio, sono stati misurati in prove di flessione a tre punti. Si prevede che la tecnica proposta gioca un ruolo importante nelle valutazioni quantitative non distruttive delle proprietà meccaniche, fenomeni di crepe e sollecitazioni residue di una varietà di materiali.

Le distribuzioni di spostamento e deformazione 2D di due campioni in plastica rinforzata con fibre di carbonio (CFRP) (n. 1 e n. 2) sono state misurate in base al principio di formazione del moiré 23 e al processo di misurazione ( Figura 1 ). I campioni CFRP sono stati costituiti da fibre di carbonio K13D di diametro 10-11 μm e resine epossidiche. La deformazione del CFRP # 1 è stata determinata utilizzando il metodo moiré di moltiplicazione ricostruito da frange di moiré a due campioni di campionamento e quello di CFRP # 2 è stato misurato utilizzando il metodo moiré di campionamento a spostamento di fase fisico da fringere di moiré a tre campioni. A) Misurazione della deformazione del CFRP # 1 Lo spessore, la lunghezza e la larghezza del CFRP # 1 erano rispettivamente di 1 mm, 22 mm e 4 mm ( Figura 2a ). La lunghezza dL&#39;irrezione di tutte le fibre è stata perpendicolare alla superficie di 1 × 22 mm 2 , che è stata lucidata utilizzando sabbie e soluzioni di lucidatura. Una griglia con un passo di 3,0 μm è stata fabbricata sulla superficie lucidata utilizzando la litografia UV nanoimprint ( Figura 2b ). Un misuratore di deformazione è stato incollato sulla superficie inferiore 4 × 22 mm 2 per monitorare il più grande ceppo di trazione. Una prova di flessione a tre punti è stata eseguita su CFRP # 1 usando un jig di carico, con un campo di supporto di 16 mm, sotto un microscopio di scansione laser. Il rapporto di span-to-depth è stato di 16 secondo le norme americane per la società di test e materiali (ASTM). Sono state registrate le immagini della griglia quando sono stati registrati 0 e 0.00533 ( figura 2b ). L&#39;ingrandimento della lente obiettivo del microscopio era di 5 × e la risoluzione di scansione era di 1.024 x 1.024. La direzione x è orizzontalmenteVerso destra e la direzione y è verticalmente verso l&#39;alto. Poiché i punti di griglia su CFRP # 1 in entrambe le direzioni x e y erano circa 2 pixel nell&#39;immagine registrata, i campi di campionamento in basso nelle due direzioni erano impostati per essere T = 2 pixel per la misura della deformazione. Per evitare l&#39;influenza potenziale della distorsione di scansione, un&#39;area centrale con dimensioni di 1,26 x 0,53 mm 2 è stata scelta come area di interesse. Da un campionamento di 2 pixel e l&#39;equazione (2), i pattern di moiré di campionamento a due stadi e il modello moiré di moltiplicazione ricostruito sono stati generati dopo la deformazione ( Figura 2c ). Usando le equazioni (3) e (4), è stata calcolata la deformazione relativa al passo di campionamento quando il valore del manometro è stato 0,00533. Allo stesso modo, è stata ottenuta anche la deformazione relativa quando il valore del calibro è 0. Infine, le distribuzioni effettive di deformazione, inc( 2d ), i ceppi normali 2D e il ceppo di taglio ( figura 2e ), sono stati misurati utilizzando le equazioni (5) e (6). Dalle distribuzioni di spostamento ( Figura 2d ), lo spostamento x -direzionale è positivo agli angoli in alto a sinistra e in basso a destra, ma negativi agli altri due angoli. Lo spostamento di direzione y è negativo in tutta la zona e ad un minimo nella zona centrale. Questo è d&#39;accordo con le caratteristiche di deformazione di un campione di piegatura. Dalle distribuzioni di tensione ( Figura 2e ), la zona superiore presenta un ceppo di compressione nella direzione x, ma il ceppo di trazione nella direzione y , mentre la zona inferiore presenta tensione di trazione nella direzione x, ma ceppo compressivo nella direzione y , dimostrando una deformazione interessante characteristic. Il ceppo di taglio è negativo nell&#39;area sinistra e positivo nell&#39;area destra, conforme alla proprietà di curvatura. B) Misurazione della deformazione del CFRP # 2 Lo spessore, la lunghezza e la larghezza del laminato CFRP # 2 erano rispettivamente di 1 mm, 30 mm e 5 mm ( Figura 3a ). C&#39;erano 8 strati e lo spessore di ogni strato era di 0,13 mm. La direzione di lunghezza di tutte le fibre era perpendicolare alla superficie di 1 x 30 mm 2 , che è stata lucidata utilizzando carte di sabbia e soluzioni di lucidatura. Una griglia con passo di 3,7 μm è stata poi fabbricata sulla superficie lucidata utilizzando la litografia UV nanoimprint ( Figura 3b ). Un test di flessione a tre punti è stato effettuato utilizzando un jig di carico, con un campo di supporto di 16 mm, sotto un microscopio a scansione laser. La span-to-dL&#39;epth ratio è stato anche 16. L&#39;immagine della griglia al precarico di 0.2 N è stata registrata per la prima volta. Quando il carico era di 10,8 N e la deviazione era -200 μm, anche l&#39;immagine deformata della griglia è stata registrata ( Figura 3b ). L&#39;ingrandimento della lente obiettivo del microscopio era di 5x, lo zoom dell&#39;immagine era del 120% e la risoluzione di scansione era di 1.024 x 1.024 pixel. La direzione x è orizzontalmente a destra e la direzione y è verticale verso l&#39;alto. Poiché le piazzole di griglia su CFRP # 2 in entrambe le direzioni x e y erano circa 3 pixel nell&#39;immagine registrata, i campi di campionamento in basso nelle due direzioni erano impostati per essere T = 3 pixel per la misura della deformazione. Per evitare l&#39;influenza potenziale della distorsione di scansione, è stata scelta come area di interesse un&#39;area centrale di dimensioni di 1,15 x 0,49 mm2. Utilizzando il metodo descritto al punto 4.3, la fase moiré disSono state ottenute tribuzioni a 0,2 N e 10,8 N in entrambe le direzioni x e y ( Figura 3c ). Sono state determinate le distribuzioni degli spostamenti 2D a livello ( Figura 3d ), i ceppi normali 2D e il ceppo di taglio ( Figura 3e ). Le caratteristiche di distribuzione dello spostamento ( Figura 3d ) di CFRP # 2 sono simili a quelle di CFRP # 1 ( Figura 2d ), eccetto che lo spostamento di direzione y è leggermente diverso. Le caratteristiche del ceppo x- direzionale e del ceppo di taglio di CFRP # 2 ( Figura 3e ) sono uguali a quelle di CFRP # 1 ( figura 2e ), accettando le caratteristiche di deformazione di un campione di curvatura. Tuttavia, il ceppo y- direzionale di CFRP # 2 ( Figura 3e ) è diffPiù diverso da quello del CFRP # 1 perché CFRP # 2 è un campione laminato. Diversi strati possono essere osservati dalla distribuzione del ceppo y- direzionale, che è quasi negativo in tutta la zona. <img alt="Figura 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55739/55739fig1.jpg" /> Figura 1: Principio di formazione del moiré di campionamento e processo di misurazione. ( A ) Principio di generazione di moiré ricostruito da bordi di moiré di campionamento a 2 pixel quando il passo di campionamento è T = 2 pixel. ( B ) Principio di formazione delle frange di moiré di campionamento a fase multipla e del processo di misurazione per la fase moiré quando il passo di campionamento è di T ≥3 pixel. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55739/55739fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a> p-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="figura 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55739/55739fig2.jpg" /> Figura 2: Risultati della misura della deformazione del CFRP # 1. ( A ) Configurazione sperimentale della prova di flessione a tre punti con un microscopio laser e lo schema dei campioni. ( B ) La superficie osservata di CFRP # 1 con una micro griglia. ( C ) i modelli moiré di campionamento a due passi e il modello moiré di moltiplicazione ricostituito quando il valore del manometro era 0,00533. ( D ) le distribuzioni misurate di spostamento nelle direzioni x e y . E ) le distribuzioni misurate della direzione x, della direzione y e dei ceppi di taglio di CFRP # 1. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55739/55739fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a> Figura 3 &quot;class =&quot; xfigimg &quot;src =&quot; / files / ftp_upload / 55739 / 55739fig3.jpg &quot;/&gt; Figura 3: Risultati della misura della deformazione del laminato CFRP # 2. ( A ) Schema della prova di flessione a tre punti sotto un microscopio laser. ( B ) La superficie osservata di CFRP # 2 con una micro griglia. ( C ) Distribuzioni delle fasce di moiré di campionamento (range: -π ~ π) alla precarica di 0,2 N e carico 10,8 N nelle direzioni x e y . ( D ) Le distribuzioni di spostamento misurato nelle direzioni x e y , dove la deformazione (-200 μm) nella direzione y non è stata visualizzata. E ) le distribuzioni misurate della direzione x, della direzione y e dei ceppi di taglio di CFRP # 2. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55739/55739fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

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Micro/Nano-scale Strain Distribution Measurement from Sampling Moir&#233; Fringes

Qui viene presentata una tecnica di moiré di campionamento con metodi di campionamento a pixel da 2 pixel e multispagine per misure di distribuzione di strain ad alta precisione a micro / nano scala.

Misura di distribuzione di sforzo micro / nano-scala da campionature Moiré Fringes

This work describes the measurement procedure and principles of a sampling moir&#233; technique for full-field micro/nano-scale deformation measurements. ...

micronano-scale-strain-distribution-measurement-from-sampling-moir

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

12.2K Views.  National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST).  Qui viene presentata una tecnica di moiré di campionamento con metodi di campionamento a pixel da 2 pixel e multispagine per misure di distribuzione di strain ad alta precisione a micro / nano scala. 

Video: Micro/Nano-scale Strain Distribution Measurement from Sampling Moiré Fringes

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

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

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

Fabbricazione e caratterizzazione di guide d&#39;onda fotoniche di cristallo di luce lenta e cavità

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

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Measuring Material Microstructure Under Flow Using 1-2 Plane Flow-Small Angle Neutron Scattering

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is presented. The SANS shear cell consists of a concentric cylinder Couette geometry that is sealed and rotating about a horizontal axis so that the vorticity direction of the flow field is aligned with the neutron beam enabling scattering from the 1-2 plane of shear (velocity-velocity gradient, respectively). This approach is an advance over previous shear cell sample environments as there is a strong coupling between the bulk rheology and microstructural features in the 1-2 plane of shear. Flow-instabilities, such as shear banding, can also be studied by spatially resolved measurements. This is accomplished in this sample environment by using a narrow aperture for the neutron beam and scanning along the velocity gradient direction. Time resolved experiments, such as flow start-ups and large amplitude oscillatory shear flow are also possible by synchronization of the shear motion and time-resolved detection of scattered neutrons. Representative results using the methods outlined here demonstrate the useful nature of spatial resolution for measuring the microstructure of a wormlike micelle solution that exhibits shear banding, a phenomenon that can only be investigated by resolving the structure along the velocity gradient direction. Finally, potential improvements to the current design are discussed along with suggestions for supplementary experiments as motivation for future experiments on a broad range of complex fluids in a variety of shear motions.

A shear cell is developed for small-angle neutron scattering measurements in the velocity-velocity gradient plane of shear and is used to characterize complex fluids. Spatially resolved measurements in the velocity gradient direction are possible for studying shear-banding materials. Applications include investigations of colloidal dispersions, polymer solutions, and self-assembled structures.

Misurare Materiale microstruttura Under flusso Utilizzo di 1-2 aereo Flow-Small Angle Neutron Scattering

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is ...

Implementation of a Reference Interferometer for Nanodetection

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing its free spectral range (FSR), the module is put in parallel with a fiber taper-microcavity system and then calibrated through isolating and eliminating random shifts in the laser frequency (i.e. laser jitter noise). To realize the taper-microcavity junction and to maximize the optical power that is transferred to the resonator, a single-mode optical fiber waveguide is pulled. Solutions containing polystyrene nanobeads are then prepared and flown to the microcavity in order to demonstrate the system&#8217;s ability to sense binding to the surface of the microcavity. Data is post-processed via adaptive curve fitting, which allows for high-resolution measurements of the quality factor as well as the plotting of time-dependent parameters, such as resonant wavelength and split frequency shifts. By carefully inspecting steps in the time-domain response and shifting in the frequency-domain response, this instrument can quantify discrete binding events.

A reference interferometer technique, which is designed to remove undesirable laser jitter noise for nanodetection, is utilized for probing an ultra-high quality factor microcavity. Instructions for assembly, setup, and data acquisition are provided, alongside the measurement process for specifying the cavity quality factor.

Realizzazione di un interferometro di riferimento per Nanodetection

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

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

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

Misura di Scattering non linearità da un nanoparticelle plasmoniche singolo

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

Controlled Synthesis and Fluorescence Tracking of Highly Uniform Poly(N-isopropylacrylamide) Microgels

Stimuli-sensitive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgels have various prospective practical applications and uses in fundamental research. In this work, we use single particle tracking of fluorescently labeled PNIPAM microgels as a showcase for tuning microgel size by a rapid non-stirred precipitation polymerization procedure. This approach is well suited for prototyping new reaction compositions and conditions or for applications that do not require large amounts of product. Microgel synthesis, particle size and structure determination by dynamic and static light scattering are detailed in the protocol. It is shown that the addition of functional comonomers can have a large influence on the particle nucleation and structure. Single particle tracking by wide-field fluorescence microscopy allows for an investigation of the diffusion of labeled tracer microgels in a concentrated matrix of non-labeled microgels, a system not easily investigated by other methods such as dynamic light scattering.

Controlled Synthesis and Fluorescence Tracking of Highly Uniform PolyN-isopropylacrylamide Microgels

Non-stirred precipitation polymerization provides a rapid, reproducible prototyping approach to the synthesis of stimuli-sensitive poly(N-isopropylacrylamide) microgels of narrow size distribution. In this protocol synthesis, light scattering characterization and single particle fluorescence tracking of these microgels in a wide-field microscopy setup are demonstrated.

Sintesi controllata e fluorescenza di monitoraggio altamente uniforme Poli (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) microgel

Stimuli-sensitive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgels have various prospective practical applications and uses in fundamental research. In this ...

Chimica

Measurement of Particle Size Distribution in Turbid Solutions by Dynamic Light Scattering Microscopy

A protocol for measuring polydispersity of concentrated polymer solutions using dynamic light scattering is described. Dynamic light scattering is a technique used to measure the size distribution of polymer solutions or colloidal particles. Although this technique is widely used for the assessment of polymer solutions, it is difficult to measure the particle size in concentrated solutions due to the multiple scattering effect or strong light absorption. Therefore, the concentrated solutions should be diluted before measurement. Implementation of the confocal optical component in a dynamic light scattering microscope1 helps to overcome this barrier. Using such a microscopic system, both transparent and turbid systems can be analyzed under the same experimental setup without a dilution. As a representative example, a size distribution measurement of a temperature-responsive polymer solution was performed. The sizes of the polymer chains in an aqueous solution were several tens of nanometers at a temperature below the lower critical solution temperature (LCST). In contrast, the sizes increased to more than 1.0 &#181;m when above the LCST. This result is consistent with the observation that the solution turned turbid above the LCST.

A protocol for the direct measurement of particle size distribution in concentrated solutions using dynamic light scattering microscopy is presented.

Misura della dimensione delle particelle di distribuzione in torbidi soluzioni da Dynamic Light Scattering Microscopia

A protocol for measuring polydispersity of concentrated polymer solutions using dynamic light scattering is described. Dynamic light scattering is a ...

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit manipulation, and integrated single-photon detectors. Here, we present the key aspects of preparing and testing a silicon photonic quantum chip with an integrated photon source and two-photon interferometer. The most important aspect of an integrated quantum circuit is minimizing loss so that all of the generated photons are detected with the highest possible fidelity. Here, we describe how to perform low-loss edge coupling by using an ultra-high numerical aperture fiber to closely match the mode of the silicon waveguides. By using an optimized fusion splicing recipe, the UHNA fiber is seamlessly interfaced with a standard single-mode fiber. This low-loss coupling allows the measurement of high-fidelity photon production in an integrated silicon ring resonator and the subsequent two-photon interference of the produced photons in a closely integrated Mach-Zehnder interferometer. This paper describes the essential procedures for the preparation and characterization of high-performance and scalable silicon quantum photonic circuits.

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum systems. Presented here is a method for preparing and testing a silicon photonic chip for quantum measurements.

Misura di interferenza quantistica in una fonte di silicio Anello Resonator Photon

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit ...

Construction and Operation of a Light-driven Gold Nanorod Rotary Motor System

The possibility to generate and measure rotation and torque at the nanoscale is of fundamental interest to the study and application of biological and artificial nanomotors and may provide new routes towards single cell analysis, studies of non-equilibrium thermodynamics, and mechanical actuation of nanoscale systems. A facile way to drive rotation is to use focused circularly polarized laser light in optical tweezers. Using this approach, metallic nanoparticles can be operated as highly efficient scattering-driven rotary motors spinning at unprecedented rotation frequencies in water.
In this protocol, we outline the construction and operation of circularly-polarized optical tweezers for nanoparticle rotation and describe the instrumentation needed for recording the Brownian dynamics and Rayleigh scattering of the trapped particle. The rotational motion and the scattering spectra provides independent information on the properties of the nanoparticle and its immediate environment. The experimental platform has proven useful as a nanoscopic gauge of viscosity and local temperature, for tracking morphological changes of nanorods and molecular coatings, and as a transducer and probe of photothermal and thermodynamic processes.

Plasmonic gold nanorods can be trapped in liquids and rotated at kHz frequencies using circularly-polarized optical tweezers. Introducing tools for Brownian dynamics analysis and light scatteringspectroscopy leads to a powerful system for research and application in numerous fields of science.

Costruzione e funzionamento di un sistema motore basato su luce oro Nanorod Rotary

The possibility to generate and measure rotation and torque at the nanoscale is of fundamental interest to the study and application of biological and ...

Full-field Strain Measurements for Microstructurally Small Fatigue Crack Propagation Using Digital Image Correlation Method

A novel measurement approach is used to reveal the cumulative deformation field at a sub-grain level and to study the influence of microstructure on the growth of microstructurally small fatigue cracks. The proposed strain field analysis methodology is based on the use of a unique pattering technique with a characteristic speckle size of approximately 10 &#181;m. The developed methodology is applied to study the small fatigue crack behavior in body centered cubic (bcc) Fe-Cr ferritic stainless steel with a relatively large grain size allowing a high spatial measurement accuracy at the sub-grain level. This methodology allows the measurement of small fatigue crack growth retardation events and associated intermittent shear strain localization zones ahead of the crack tip. In addition, this can be correlated with the grain orientation and size. Thus, the developed methodology can provide a deeper fundamental understanding of the small fatigue crack growth behavior, required for the development of robust theoretical models for the small fatigue crack&#160;propagation in polycrystalline materials.

Microstructurally small fatigue crack growth behavior is investigated using a novel methodological approach combining crack growth rate measurement and strain-field analysis to reveal the cumulative deformation field at sub-grain level.

Misure estensimetriche a pieno campo per affaticamento Microstructurally piccola crepa propagazione utilizzando il metodo di correlazione di immagini digitali

A novel measurement approach is used to reveal the cumulative deformation field at a sub-grain level and to study the influence of microstructure on the ...

Spectral and Angle-Resolved Magneto-Optical Characterization of Photonic Nanostructures

Photonic crystals are periodic nanostructures that can support a variety of confined electromagnetic modes. Such confined modes are usually accompanied by local enhancement of electric field intensity that strengthens light-matter interactions, enabling applications such as surface-enhanced Raman scattering (SERS) and surface plasmon enhanced sensing. In the presence of magneto-optically active materials, the local field enhancement gives rise to anomalous magneto-optical activity. Typically, the confined modes of a given photonic crystal depend strongly on the wavelength and incidence angle of the incident electromagnetic radiation. Thus, spectral and angular-resolved measurements are needed to fully identify them as well as to establish their relationship with the magneto-optical activity of the crystal. In this article, we describe how to use a Fourier-plane (back focal plane) microscope to characterize magneto-optically active samples. As a model system, here we use a plasmonic grating built out of magneto-optically active Au/Co/Au multilayer. In the experiments, we apply a magnetic field on the grating in situ and measure its reciprocal space response, obtaining the magneto-optical response of the grating over a range of wavelengths and incident angles. This information enables us to build a complete map of the plasmonic band structure of the grating and the angle and wavelength dependent magneto-optical activity. These two images allow us to pinpoint the effect that the plasmon resonances have on the magneto-optical response of the grating. The relatively small magnitude of magneto-optical effects requires a careful treatment of the acquired optical signals. To this end, an image processing protocol for obtaining magneto-optical response from the acquired raw data is laid out.

Photonic band structure enables understanding how confined electromagnetic modes propagate within a photonic crystal. In photonic crystals that incorporate magnetic elements, such confined and resonant optical modes are accompanied by enhanced and modified magneto-optical activity. We describe a measurement procedure to extract the magneto-optical band structure by Fourier space microscopy.

Caratterizzazione magneto-ottica spectrale e sistemata con angolo di nanostrutture fotoniche

Photonic crystals are periodic nanostructures that can support a variety of confined electromagnetic modes. Such confined modes are usually accompanied by ...

Misura di distribuzione di sforzo micro / nano-scala da campionature Moiré Fringes

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