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。

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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>

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。

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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 ...

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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 ...

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.

PMMAおよびCOPマイクロ流体デバイスの作製のための溶剤接着

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.

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 ...

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.

横 NIPIN フォト トランジスタを用いた柔軟な画像センサーの作製

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.

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 ...

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.

高解像度・高速応答の光ファイバーセンシングのシリコン チップを渡したプラットフォーム

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.

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 ...

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.