このプロジェクトは、国立科学財団と連絡先のプログラムを通じて空軍研究所によって部分的にサポートされていました。

1。センサーの設計と製作<ol><li>つまたは複数の集積キャビティ（または &quot;溝&quot;）で、平行平板導波路を設計します。 図1と図2を参照してください。ジオメトリは、特定のアプリケーション用に設計された我々の以前の刊行物8,9または特別に与えられたものに基づいていてもよい。次の一般的な指針が提案されています： <ol><li>板間隔：この実験では1mmの板の間隔が特殊な光学系を必要とせずに、TE1モードへの効果的な結合のために使用されます。また、興味のある周波数でシングルモード伝播を確実にします。他のプレートの間隔を使用する場合は、マルチモード伝搬、分散、結合効率を考慮すべきである。 </li><li>スペーサー：この板の間隔は、誘電体スペーサを使用して維持されます。非常に均一な厚さのガラスの小片は、優れたスペーサーを作る - 3μmで - 私たちのケースでは、我々は1ミリメートル+ / - の厚さを有することで、粉々になった顕微鏡用スライドから破片を使用しています。 </lI&gt; <li>プレートサイズ：プレート自体は、入力ビームに比べて彼らは無限と考えることができるように十分に広くなければなりません。 （我々のケースでは、1.2センチメートルビームの4.75センチメートル。）各板の厚さは表皮深さよりもはるかに厚くなければならず、厚いプレート（&gt; 1 cm）を導波路の上または下に通過するエネルギーの可能性を減らすことをお勧めしますと検出器に到達する。伝搬長は、溝の少なくとも2倍離れて、入力と出力の面から独自の幅ですが、ばらつきを減らすために最小化されていることに十分であるべきです。 </li><li>底板形状：溝への容易なアクセスを可能にするために溝が（ではなく、かなり）は、ほぼ板の幅全体を拡張しながら、下部導波板は、天板よりも大幅に広いことがあります。 （ 図1を参照）これは、溝にアクセスし、充填のレベルを監視することがはるかに容易になります。 </li><li>ネジ：上部と底板は両方ともネジが波を保持するために挿入することができるように拡張子を持っている溝や伝播経路のいずれかを阻害することなく、一緒に導く。トップはそうではありません（ 図1参照）底板の穴は、スレッド化されています。 </li><li>空洞形状：溝の設計は、他の要因の中で、所望の共振周波数は、所望の線幅、および選択されたプレートの間隔に依存します。非常に狭い、または非常に浅い溝のためのあなたの製造技術の限界を考慮することが重要です。マルチチャンネル検出のための複数の溝は、追加の要件10を持っています。 </li><li>溝なしのバージョン：溝なしすべての面で同一の設計はまた、参考資料として使用されるように、作製されるべきである。 </li></ol></li><li>導波路の作製、加工することによって行うことができる。重要：特に、入力面で、プレートのエッジを鈍らされません。丸みを帯びたエッジは安全上の理由から、多くのマシンショップでは標準的ですが、入力面上の丸みを帯びたエッジは信号が歪みます。 </li><li>アセンブリ手順。二枚のプレートを作製した後で、それらは導波路内に実装してください。 <ol><li> 2つの平坦面が互いに垂直な構造を作成するためにL型ブラケットなどの平らなオブジェクトを使用します。水平な面の上に底板を置き、それが垂直面に対してフラッシュを押します。溝を妨害したり、入力された顔を越えないように注意しながら、できるだけネジ穴の近くに（ネジごとに2つ、各側に1つ）として、誘電体スペーサを配置します。 </li><li>慎重に垂直面に対して天板フラッシュを配置し、底板とスペーサーの上に座って、それを下にスライドさせます。両方のプレートは、垂直面に対してフラッシュのネジを挿入し保持する。交互に徐々にそれらをネジ止め。この手順では、完全にフラットな入力顔と制服プレート間隔で導波管につながる。 </li></ol></li></ol> 2。実験装置このプロトコルは、ユーザーヘクタールを想定していますsは、伝送ジオメトリテラヘルツ時間領域分光（私たちの場合は、Picometrix T-レイ4000）へのアクセスおよび周波数領域への変換、タイム·ドメイン波形およびフーリエを得るに精通している。 <ol><li>共焦点構成。すでに存在していない場合は、4つのレンズは、パスの中間点にタイトなフォーカスを提供するために、共焦点の向きで光路内に導入されるべきである。 </li><li>焦点位置に絞りを配置します。開口部は、導波管を使用する場合を除き伝播するすべての放射線を遮断するのに十分な大きさでなければなりません。開口部の大きさは、（我々の場合は、12ミリメートル）導波路を伝搬するビームサイズを決定します。 </li><li>場所は、開口部に接触して、入力面とし、光軸とできるだけ密接に整列し、導波路伝搬軸と、絞りのすぐ後ろ導波路。ここにアライメントが重要です - 反射、分散、カットオフと共鳴周波数の変動、およびiその他ssuesは、導波路の不適切なアライメントに起因して発生する可能性があります。 REPEATABLEな配置を確保するための安全ホルダーを使用します。 </li><li>シリンジホルダ：それは先端が溝が合うように所定の位置にシリンジを保持する構造を持っていると便利です。これを行うことによって、あなたはあなたの手の中に注射器の動きによる充填のミスの可能性を減らすことができます。 </li></ol> 3。試料調製<ol><li>手順のクリーニングは：導波路を分解します。実験から任意の残留物を除去するために、適切な溶媒中で十分に導波路の両プレートを洗浄する。圧縮空気でブロードライ。 1.3のように組み立て直す。 </li><li>シリンジ製剤。最良の結果を得るために、我々は、交差汚染を防ぐために、各材料ごとに異なる​​注射器の使用をお勧めします。これが不可能な場合には、注射器も同じ溶剤で洗浄してください。 </li><li>テストされる液体と適切な充填容量に注射器を埋める。任意の気泡を取り除くようにしてください。 </li></ol><ol><li> （2.3）に記載の装置で溝なしの基準導波路を配置します。溝なしの導波路の基準波形を取る、その後削除します。これは、時間領域分光信号の長期的な安定性に応じて、各実験セッションの間ごとに数時間一度だけ必要です。 </li><li>などに記載されている装置でクリーン溝導波路を、（2.3）を配置</li><li>空の溝導波路用の波形を取る。注：これは、導波管は取り外して洗浄されるたびに実行する必要があります。解体撤去のプロセスとは、導波路の形状の非常に小さな変化につながることができます。これらの変動は、空と充填溝ではなく、観測シフトの絶対共振周波数に影響を与えますので、それぞれの &quot;フル&quot;の測定は、シフトを計算するために、独自の &quot;空&quot;の参照を必要とします。 </li><li>導波路を移動せずに、ホルダー内の所定の位置に充填されたシリンジを置く。ゆっくり保ち、溝を埋める無気泡やオーバーフローと、フィルが良好であることを見る。 （正確な充填量を決定する方法は、ディスカッション·セクションで説明されています）は、別の波形を取る。 </li><li>システムに複数の溝がある場合は、溝を充填し、必要に応じて波形を撮り続け。 </li><li> （ステップ3のように）導波管を取り外し、清掃してください。 </li><li>必要に応じて何度でも繰り返します。最良の結果を得るには、各サンプルには、いくつかのデータ·セットは、誤差を低減することをお勧めします。 </li></ol> 5。代表的な結果これらの波形のデータ分析は簡単で、周波数領域に変換するための実験者の通常の技術に従うことができます。例えば、 図3で与えられたものとしての周波数スペクトルが生じるはずである。これらは、 図4のような電力透過スペクトルを得るために基準波形によって二乗と分けることができます。空とフル導波路用共鳴の線幅と中心周波数はmまで使用できるこれらのスペクトルからeasured、またはローレンツフィットは精度を高めるために行うことができる。 液体に起因する共振シフトは単に空とフル導波路用共鳴の観測中心周波数の差です。屈折率測定に変換するには、シフトとRIとの間の関係を確立する必要があります。これは、既知のインデックス9、または解析モードマッチング技術8を使用してのサンプルで埋める溝のシミュレーションを行うことで、計算上の既知のインデックスのサンプルでは、この手順に従うことによって実験的に実行するか、またはすることができます。 RIの曲線対シフトが確立されれば、未知試料のRIの測定を正確に行うことができる。 この手順の実行中に発生する可能性がありますいくつかの特定のエラーがあります。溝の充填中に気泡やミスは、我々はSAごとに複数のデータセットを推奨する理由ですノイジーまたは不正なデータをもたらす可能性がある材料をmple。エラーの別の頻繁な源は、導波路の配置になっています。リファレンスおよびセンサ導波路は全く同じアライメントに配置されている場合は、任意の反射やその他の成果物はどちらも同じになり、透過スペクトルを除算します。アライメントが少し切れている場合は、反射が出て分割し、音が鳴らなくなります（いくつかのマイナーなリンギングは、 図4に見られるように）透過スペクトルで観察されます。それがデータを奪還することは望ましくないなら、それは反射が表示されるまでに、時間領域の波形をト​​リミングすることで、このリンギングを排除することが可能であるが、これは非常にスペクトル分解能を低減し、従って屈折率分解能は同様に制限されています。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig1.jpg" /> 図1にマーク関連部分を有する導波路の写真。溝は、eを延長しないことに注意してください導波管と構造のntireの長さや幅は、取り付け金具が溝や放射線伝播の経路をふさがないように設計されています。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig2.jpg" /> 図2溝導波路の模式図。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig3.jpg" /> 図3。この場合は（a）のサンプル周波数基準導波路のスペクトル（黒）、ノー液体充填（青）と溝付き導波管、液体との溝導波路、テトラデカン（赤）。 TE 1とTE <samp>3</samp>伝搬モードのカットオフ周波数が示されている、などの水蒸気吸収線である。空とフル溝導波路用共鳴の（b）のクローズアップ。 <img alt="図4" src=&quot;/ files/ftp_upload/4304/4304fig4.jpg&quot; /&gt; 図4：空とフル溝導波路用パワー透過スペクトルを。 2共振の機能の間の周波数の差は、屈折率に関し、共振シフト（ΔF）です。

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

特別な利害関係は宣言されません。

それは、テスト対象の液体の屈折率は、広い帯域幅にわたって、唯一の空洞共振の周波数でないと判断されたことに留意すべきである。これはいくつかの利点があります。我々の測定、特性評価を目的とした広帯域テラヘルツ光源を利用してきたが、まず、1はまた、限られた周波数同調性の程度は、はるかに少ない高価になる可能性がありますアプローチと持つ単一周波数のテラヘルツ光源...

<table border="1"><tbody><tr><td> 試薬の名称 </td><td> 会社 </td><td> カタログ番号 </td><td> コメント（オプション） </td></tr><tr><td> 10μLシリンジ</td><td>ハミルトン</td><td> 80314 </td><td>高精度シリンジ</td></tr><tr><td>液体アルカン</td><td>アクロスオーガニック</td><td></td><td>キャリブレーションとテストのためのサンプル</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>具体的な機器は必要ありません。適切な試験材料および溶媒は、実験者の裁量に任されています。この手順で使用する高精度のシリンジは、以下の表に記載されているが、実験者は、精度向上のためのデジタルシリンジを含む別のボリュームやデザインの注射器を使いたいと思うかもしれません。この実験で使用したテストアルカンも表示されます。 </td></tr></tbody></table>

terahertz microfluidic sensing using a parallel-plate waveguide sensor

屈折率（RI）検出は、このような干渉と共振器1,2できるだけセンサ設計の広い範囲でマイクロ流体サンプルの識別、検出およびモニタリングのための強力な非侵襲的かつラベルフリー検出技術です。既存のRIの最もセンシング·アプリケーションには、このようなDNAハイブリダイゼーション、ゲノムシーケンシングのような可視およびIR周波数における水溶液中での生体材料に焦点を当てています。テラヘルツ周波数​​では、アプリケーションは、非極性材料を含む品質管理、工業プロセスとセンシングのモニタリングと検出アプリケーションが含まれます。 テラヘルツ領域における屈折率センサーのため、いくつかの潜在的なデザインは、平行平板導波路5に統合されたフォトニック結晶導波路3、非対称スプリットリング共振器4と、フォトニックバンドギャップ構造を含めて、存在しています。これらのデザインの多くは、そのような音が鳴ると、光共振器に基づいていますまたは空洞。これらの構造体の共振周波数は、共振器内または周囲の材料の屈折率に依存しています。共振周波数の変化を監視することによって、試料の屈折率を正確に測定することができるとともに、このターンでは等、汚染や希釈を監視し、材料を特定するために使用することができここで使用するセンサの設計は、単純な平行平板導波路6,7に基づいています。長方形の溝は、空洞共振器（ 図1および図2）のような一面の行為に機械加工。テラヘルツ放射は最下位横電気（TE 1）モードで導波路を伝播に結合されるとき、結果は溝6,8のジオメトリに依存して調整可能な共振周波数を持つ単一の強力な共鳴機能です。この溝はLIQの量に依存する観測共振周波数のシフトを引き起こす極性液体マイクロ流体サンプルで埋めることができ溝とその屈折率9内のUID。 手順はクリーンルームや特別製作や実験技術を必要とせずに、標準的な実験装置を用いて達成することができますので、我々の技術は、そのシンプルさで、両方の製造と実装の他のテラヘルツ技術に勝る利点があります。また、簡単に複数の溝10を組み込むことによってマルチチャネル動作に拡大することができます。このビデオでは、センサの設計からデータ分析とサンプルの屈折率を決定することに、私達の完全な実験手順を説明します。

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

Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

溝の平行平板導波路形状に基づいてテラヘルツ周波数​​に対する屈折率センサを実装するための手順を説明します。この方法は、導波路構造の共振周波数のシフトの監視を通じて少量の液体の屈折率の測定をもたらす

平行平板導波センサを用いたテラヘルツマイクロ流体センシング

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

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

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Electrical Engineering

Engineering

Unit 1

Power Transformers

SCIENTISTS IN ACTION

10.7K ビュー.  Rice University. 溝の平行平板導波路形状に基づいてテラヘルツ周波数​​に対する屈折率センサを実装するための手順を説明します。この方法は、導波路構造の共振周波数のシフトの監視を通じて少量の液体の屈折率の測定をもたらす

ビデオ: 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.

プラズモニック光伝導テラヘルツエミッターの設計、製作、および実験特性

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

工学

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.

どのようにローターゲージをスピニングするための真空春輸送パッケージをビルドするには

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

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

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

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

テラヘルツメタマテリアルにおける変位電流仲介共鳴のためのナノピラーベースのスプリットリング共振器の作製

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

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

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

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

サブ Diffraction 限定画像、リモートセンシング用フェムト秒レーザーのフィラメント

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

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.

新しい切除された乳癌腫瘍のテラヘルツ画像化と特性化プロトコル

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.

ポータブルdownToTenサンプリングシステムを使用した23ナノメートル以下の実数駆動粒子数排出量の測定

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

Mechanoluminescent Visualization of Crack Propagation for Joint Evaluation

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

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

接合評価のためのき裂進展のメカノルミネッセンス可視化

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

Fabrication of a Fabry-P&#233;rot Etalon for Application in Trace-Gas Spectroscopy

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

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

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

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

低コスト、ファイバー結合、空隙ファブリペローエタロンの製造

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

静電容量性圧力センシングのためのマイクロ流体チャネルベースの軟電極

Microfluidic Channel-Based Soft Electrodes and Their Application in Capacitive Pressure Sensing

Flexible and stretchable electrodes are essential components in soft artificial sensory systems. Despite recent advances in flexible electronics, most electrodes are either restricted by the patterning resolution or the capability of inkjet printing with high-viscosity super-elastic materials. In this paper, we present a simple strategy to fabricate microchannel-based stretchable composite electrodes, which can be achieved by scraping elastic conductive polymer composites (ECPCs) into lithographically embossed microfluidic channels. The ECPCs were prepared by a volatile solvent evaporation method, which achieves a uniform dispersion of carbon nanotubes (CNTs) in a polydimethylsiloxane (PDMS) matrix. Compared to conventional fabrication methods, the proposed technique can facilitate the rapid fabrication of well-defined stretchable electrodes with high-viscosity slurry. Since the electrodes in this work were made up of all-elastomeric materials, strong interlinks can be formed between the ECPCs-based electrodes and the PDMS-based substrate at the interfaces of the microchannel walls, which allows the electrodes to exhibit mechanical robustness under high tensile strains. In addition, the mechanical-electric response of the electrodes was also systematically studied. Finally, a soft pressure sensor was developed by combining a dielectric silicone foam and an interdigitated electrodes (IDE) layer, and this demonstrated great potential for pressure sensors in soft robotic tactile sensing applications.

著者スポットライト:マイクロ流体チャネルベースの軟電極とその静電容量性圧力センシングへの応用  

Flexible electrodes have a wide range of applications in soft robotics and wearable electronics. The present protocol demonstrates a new strategy to fabricate highly stretchable electrodes with high resolution via lithographically defined microfluidic channels, which paves the way for future high-performance soft pressure sensors.

マイクロ流体チャネルベースのソフト電極とその静電容量式圧力センシングへの応用

Flexible and stretchable electrodes are essential components in soft artificial sensory systems. Despite recent advances in flexible electronics, most ...