The authors would like to thank the Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen &#8222;Otto von Guericke&#8220; e.V., AiF (German Federation of Industrial Research Associations) and the Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG (German Research Foundation) for partly funding the presented work under contract number 14248 and STR 662/4-1, respectively.

マグネトロンの1。測定注：マグネトロンを測定するための実験装置の概略図が図1Aに示されている。 <ol><li>サーキュレータと10本のネジで水負荷からなる絶縁体にマグネトロンを接続します。 </li><li> 10本のネジで方向性結合器に絶縁体を接続します。 </li><li> 10本のネジで第二の水負荷に方向性結合器を接続します。 </li><li>水ですべての水の負荷を供給してください。 </li><li>製造業者のプロトコルに従って、そのキャリブレーション機能を有するスペクトルアナライザを較正する。 </li><li>スペクトラムアナライザに20デシベル減衰器を差し込むことによってスペクトラムアナライザに20デシベル減衰器を接続します。 注20 dBの減衰は、1 Wの上方高すぎるパワーのスペクトラムアナライザを保護するために使用され</li><li> COを差し込むことによって、BNCコネクタを装備した同軸ケーブルの端に20デシベル減衰器を搭載スペクトラムアナライザを接続20デシベル減衰器に同軸ケーブル。 </li><li>指向ケーブルに同軸ケーブルを差し込むことによって、方向性結合器にN個のコネクタを装備した同軸ケーブルの端を接続します。 </li><li>電源と放射されるマイクロ波のスペクトルを経由してマグネトロン上のスイッチは、スペクトラム·アナライザに表示されます。 </li><li>必要に応じて、表示された横軸、縦軸及びスペクトラムアナライザのマニュアルに従って、それらの解像度を調整。 </li><li>マイクロ波電力に依存して出力するマイクロ波の周波数を測定するために、10％のステップに5％の出力電力の最大10％からマイクロ波電力を増加させ、ステップ毎のスペクトルの最大振幅の周波数を決定するスペクトラムアナライザによって表示。 注意：通常、その最大出力電力の10％以下、マグネトロンの周波数スペクトルは非常に広く、多くの異なるピークを示すので使用できない。 </li></ol> 2.調整共振周波数注：共振周波数を測定し、調整するための実験装置の概略図が図2Aに示されている。 <ol><li> （製造業者のプロトコルに従って）S11の動作のためのキャリブレーションキットを用いてネットワークアナライザを較正する。 </li><li>同軸·ツー·ウェーブガイド·遷移に同軸ケーブルを差し込むことによって同軸·ツー·矩形波のガイド遷移の同軸部分にN-コネクタを介して同軸ケーブルを接続します。 </li><li> 10本のネジで3スタブチューナーに同軸·ツー·矩形波のガイド遷移の長方形の部分を接続します。 </li><li> 10本のネジでマイクロ波プラズマトーチアセンブリに3スタブチューナを接続します。 </li><li> S11の動作にネットワークアナライザメニュースイッチ。 </li><li>ネットワーク·アナライザのメニューでVSWRモードに切り替えたり、モードをログに記録する。 </li><li>反復測定frequeにマイクロ波プラズマトーチアセンブリの共振周波数を調整する上下ノズルを移動させることにより、最大出力の60％ - 25％の出力電力でのマグネトロンのNCY。 図2Bに示すように、マイクロ波プラズマトーチアセンブリの共振周波数は、S11パラメータの測定の浸漬により与えられる。推奨される周波数には、上下ノズルを移動することで、このディップを調整します。 </li><li>共振周波数が調整されると、ロックナットとノズルの位置をロックする。 </li><li>上下スタブを移動することにより、3スタブチューナの3スタブを調整することによって、反復的に前進マイクロ波電力を増やします。マイクロ波プラズマトーチアセンブリによって吸収されるマイクロ波電力は、S11パラメータのディップの深さによって与えられる。このように、3スタブチューナのスタブを調整することによって、このディップを最大化します。一般に、3つのスタブの両者を使用していることで十分である。 </li></ol>プラズマの3点火<ol><li>プラズマは紫外線のRadiaを放射するので、UV保護メガネを着用してくださいる。プラズマは、窒化酸化物を生成するので、ローカルガス通気下で、プラズマトーチを操作します。 </li><li>調整された同軸共振器（ノズルがロックされている）及び水負荷に接続され、サーキュレータからなる​​絶縁体を備えたマグネトロンに調整された3スタブチューナマイクロ波プラズマトーチアセンブリに接続する。 </li><li>マイクロ波プラズマトーチへのガス供給を接続します。 </li><li> 5から20のSLMへのガス供給をオンにします。 </li><li>高用量でのマイクロ波放射は、目のために特に有害であることから、無電子レンジ漏れがないことを確認してください。 <ol><li>そのためには、12％の10％の非常に低い電力でマイクロ波をオンにし、漏れのためのマイクロ波計ですべてのマイクロ波接続を確認してください。 </li><li>すべての漏れがある場合はマイクロ波電力を増加またはマイクロ波プラズマトーチを操作する前にそれらを完全に削除します。 </li></ol></li><li>全く漏れがない場合は10％と低い電力で始まる電子レンジをオンにしてマイクを増やすゆっくりと10〜60秒以内rowave電力プラズマ、マイクロ波プラズマトーチの石英管に点火するまで。 </li><li>とプラズマがあるが、おそらく放射されたマイクロ波に注意して発火する場所場合は、慎重に観察する。好ましくは、プラズマ点火の観察のためにミラーを使用しています。 </li><li>にプラズマが点火しない場合には、マイクロ波パワーをオフにし、マイクロ波電力が適切に同軸共振器に結合され、それらを加熱し、あるいはそれらを害する他のコンポーネントに誤っていない場合に慎重に確認する。一部のコンポーネントが加熱得ているかどうかを確認してください。 <ol><li>任意のコンポーネントが加熱しまった場合- すなわち 、マイクロ波電力は見当違いである-導波路のうち3スタブチューナの全てのスタブを移動し、ステップ2.9で説明したようにプラズマトーチアセンブリにマイクロ波結合を最大にするために、それらを調整する。そして、ステップ3.1で再び始める。 </li><li>マグの送信周波数にプラズマトーチの同軸共振器の共振周波数を調整するネットワークアナライザを使用して最大出力の60％に25％の十分に高いマイクロ波電力出力でnetron点火を改善するために、手順2で説明したように、より高い、ステップ2で説明したように、同軸共振器の共振周波数を調整する出力電力。そして、ステップ3.1で再び始める。 </li></ol></li><li>プラズマは、プラズマトーチ内のどこかに点火し、自動的に同軸または円筒モードに切り替わらない場合は、円筒モードで燃焼するまで、供給されるマイクロ波電力とガスの流れを変化させる。 </li><li>円筒形のモードのときのプラズマ火傷、供給されるマイクロ波電力のすべてがプラズマによって吸収され、反射されたマイクロ波電力がゼロになるようにする。反復的に上下に移動して三スタブチューナのスタブを調整する 注：マイクロ波ダイオード水負荷に制御ユニットの対応する入力に接続されている場合、反射されたマイクロ波電力、マイクロ波電力供給の制御部に表示される。これを行う方法をマイクロ波電源のマニュアルに記載されている。 </li><li> 1.5キロワット以上未満15slmの低いガス流のより高いマイクロ波電力が使用されるとき、プラズマが石英管の壁に接触しないように慎重に確認する。石英管は、どこにも輝きはいけません。 </li><li>石英管が赤色に点灯した場合、マイクロ波電力を減少させるか、または完全に消失するまでのガスの流れを増加させる。 </li><li>マイクロ波はプラズマの導電率に起因するプラズマによって放射することができるので、放射マイクロ波電力が閾値未満であるマイクロメーターで確認する。 </li><li>放射されたマイクロ波電力が閾値を上回る場合には、メッシュサイズは、使用されるマイクロ波の波長の半分よりもはるかに小さい金属メッシュでプラズマを遮蔽する。 </li></ol>プラズマ点火4.高速カメラ動画注：プラズマの点火及び円筒モードへの移行の範囲にあるので数百ミリ秒、このプロセスは、最良の高速度カメラを用いて調べることができる。しかし、高速度カメラを用いて、プラズマが点火されるたびに、点火過程を観察する必要はない。 <ol><li>プラズマトーチの前方に診断スリットを通して見たマイクロ波プラズマトーチの前に高速度カメラのレンズを配置する。 </li><li>カメラは、金属ノズルの先端に同軸共振器にポインティングされるまで調整する。 </li><li>金属製のノズルの先端にカメラをフォーカス。 </li><li>ハイスピー​​ドカメラの千FPS（フレーム毎秒）で録音を開始します。 </li><li>セクション3に記載したように、プラズマを点火する。 </li></ol> 5.安定した連続プラズマ運用注：プラズマは、円筒モードで点火された三スタブチューナーがプラズマにより安定したコンチンをマイクロ波電力の吸収が最大となるように調整された場合プラズマトーチのuous動作が可能である。 <ol><li> 10％の最大出力電力と10と70のSLM間のガス流との間供給されるマイクロ波電力を変化させることによって所望の寸法にプラズマの - 半径方向および軸方向延長 - 寸法を調整する。石英管の直径に制限された半径方向寸法にしてください。プラズマは、石英管はグローてはならないことを意味する石英管の壁に触れてはならない。 </li><li>異なる形状にプラズマを成形するために、唯一の円筒共振器の内部にプラズマを閉じ込める、プラズマトーチアセンブリの上に一つのオリフィスを配置し、短い石英管を使用する。 </li><li>必要に応じて、いくつかのネジでオリフィスを固定します。 </li></ol>

<ol>
	<li>Hong, Y. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microwave+plasma+torch+abatement+of+NF3+and+SF6.">Microwave plasma torch abatement of NF3 and SF6.</a> Phys. Plasma. 13, 033508 (2006).</li><li>Kabouzi, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abatement+of+perfluorinated+compounds+using+microwave+plasmas+at+atmospheric+pressure.">Abatement of perfluorinated compounds using microwave plasmas at atmospheric pressure.</a> J. Appl. 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Plasma. 10 (8), 3410-3414 (2003).</li><li>Leins, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+Characterisation+of+a+Microwave-heated+Atmospheric+Plasma+Torch.">Development and Characterisation of a Microwave-heated Atmospheric Plasma Torch.</a> Plasma Process. Polym. 6, 227-232 (2009).</li><li>Alberts, L., Kaiser, M., Leins, M., Reiser, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=&#252;ber+die+M&#246;glichkeit+des+Abbaus+von+C-haltigen+Abgasen+mit+atmosph&#228;rischen+Mikrowellen-Plasmen.">&#252;ber die M&#246;glichkeit des Abbaus von C-haltigen Abgasen mit atmosph&#228;rischen Mikrowellen-Plasmen.</a> Proc. 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The authors have nothing to disclose.

提示映画は、任意の付加的な点火器なしで、大気圧マイクロ波プラズマの点火を実現することができるか、このマイクロ波プラズマトーチ、その調整、プラズマの点火プロセスとその安定した連続運転の基本原理を説明する。冒頭で説明したように、マイクロ波プラズマトーチが、これらのいずれも、異なる種類の追加の点火器なしでプラズマの点火並びに安定した連続プラズマ動作を提供?...

常圧マイクロ波プラズマトーチは、さまざまなアプリケーションを提供している。一方で、それらは、化学量プロセスに使用することができ、他方では、それらのアフターグロープラズマは表面の処理に適用することができる。表面処理は、接着剤、塗料、ラッカー、または表面の汚染除去または滅菌の密着性を高める処理を処理として挙げることができる。熱い反応性プラズマ自体が排ガス1-7の分解等容積プロセスに使用することができる。これらの廃棄物ガスは、有害である地球温暖化に貢献し、ほとんど従来に分解することはできません。しかし、それらは、半導体ブランチとして産業分野を成長に必要とされる。他の用途としては、炭素及び水素8,9にCOにCO 2の解離およびO 2またはCH 4などの化学合成である。再生可能なエネルギー源からの余剰電気エネルギーは、COを解離するために使用することができ<sub&gt; 2 COとO 2へ。 COは、化学工業、化学ストレージなどのプラットフォーム化学物質として、輸送のための合成燃料として使用することができ、より高い炭化水素にさらに処理することができる。 そこにいくつかのマイクロ波プラズマトーチがあるが、それらのほとんどは欠点を有している：彼らは、非常に小さなプラズマ体積を有する付加的な点火器を必要とする、プラズマ反応器の冷却を必要とするのみパルスモード10-18に動作させることができる。この映画の中で提示されたマイクロ波プラズマトーチは、動作パラメータの広い範囲のプラズマ反応器のいずれかの冷却を行わずに、単にない付加的な点火装置並びに安定した連続運転のマイクロ波電力でプラズマの点火を提供し、使用することができ上記のすべてのアプリケーションのために。同軸の一つの円筒1：マイクロ波プラズマトーチは二つの共振器の組み合わせに基づいている。円筒共振器は、低品質を有しており、operatですその中心で最も高い電場とのよく知られたE 010 -modeでED。同軸共振器は、円筒共振器の下方に位置し、接線方向のガス供給と組み合わせて可動金属ノズルで構成されている。同軸共振器の高品質は、非常に狭いが、深い共鳴曲線を示す。による同軸共振器の高品質、高電界は、プラズマの点火に必要とされるに達することがある。しかしながら、同軸共振器の高品質は、非常に狭い共鳴曲線と関連しているので、共振周波数が完全に供給されるマイクロ波の周波数と一致する必要がある。プラズマの誘電率に起因するプラズマの点火後の共振周波数がシフトするので、マイクロ波は、もはや同軸共振器内に浸透することができない。プラズマの連続運転のための低品質と幅広い共振曲線を持つ円筒共振器が必要とされている。 同軸共振器の金属製のノズルを介して、付加的な軸方向のガスの供給が可能である。プラズマが点火され、例えば、マイクロ波透過性チューブ内の石英管に閉じ込められる。石英管の誘電率はまた、共振周波数に影響を与える。石英は、&gt; 1の誘電率を有するので、円筒共振器の体積は、実質的に低い共振周波数をもたらす拡大される。この現象は、円筒共振器の寸法を設計する際に考慮しなければならない。長い拡張石英管を使用する場合、共振周波数が挿入石英管によってどのように影響されるかについての詳細な議論は、これは、ボリューム·プロセスのための反応室として機能することができ、文献23に見出すことができる。しかし、表面処理のためのプラズマはまた、オリフィスの異なる種類によって異なる形状にすることができる。マイクロ波は、マグネトロンから矩形導波管を介して供給される。騒音公害を回避するために低リップルマグネトロンの使用がrecommです終わった。映画で使用されているマグネトロンは低リップル一つです。 安定した連続運転が円筒共振器によって提供されている間、プラズマの着火のために高品質の同軸共振器が使用される。高品質の同軸共振器によって、この共振器の共振周波数がプラズマの点火を達成するために完全に使用されるマグネトロンのマイクロ波の周波数と一致する必要がある。全てのマグネトロンが正確に公称周波数でそれらのマイクロ波周波数を放射しないので、周波数が出力電力に依存するので、マグネトロンは、スペクトラムアナライザを用いて測定されなければならない。同軸共振器の共振周波数は、金属製のノズルを上下に移動させることによって調整することができる。この共振周波数を測定し、それによって、ネットワークアナライザを使用するマグネトロンの送信周波数に調整することができる。ノズルの先端に高電界を達成するために、点火のために必要プラズマの、3スタブチューナはほかに必要とされている。この三スタブチューナは、一般的に使用される電子部品である。 3スタブ同調器は、マイクロ波プラズマトーチとマグネトロンとの間に取り付けられている。同軸共振器の共振周波数が調整された後、進行波電力が最大と反射電力反復3スタブチューナのスタブを調整することによって最小化される。 マイクロ波プラズマトーチは、マグネトロンに接続されているときに、同軸共振器の共振周波数を調整したと3つのスタブチューナによって前進力を最大化した後、マイクロ波プラズマトーチのプラズマを点火することができる。プラズマの点火のために約0.3〜1キロワットの最小のマイクロ波電力で十分である。プラズマは、同軸共振器に点火する。プラズマの点火後の同軸共振器の共振周波数は、プラズマの誘電率にシフトされ、マイクロ波のない缶長い同軸共振器内に侵入。このように、そのはるか拡張円筒モードに同軸モードからのプラズマスイッチが円筒共振器の中心に金属製のノズルの上に自由に立って燃える。円筒モードの品質が非常に低いので、広い共鳴曲線を示すので、マイクロ波は、依然として、プラズマの誘電率への共振周波数のシフトにもかかわらず、円筒共振器内に浸透することができる。したがって、円筒モードにおけるプラズマの連続安定運転がマイクロ波プラズマトーチによって提供される。しかし、供給されるマイクロ波電力の完全な吸収を達成するために、3スタブチューナのスタブを再調整しなければならない。そうでなければ供給されるマイクロ波電力は完全にプラズマによって吸収されずに設けられたマイクロ波の一部のパーセンテージは、水負荷で反射されて吸収される。 同軸のプラズマの点火を検討するために、次にモードと拡張円筒モードへのその遷移は、プラズマ点火を高速度カメラで観察する。 提示映画は、マグネトロンの周波数依存性を測定する方法を示します、同軸共振器の共振周波数は、進行波電力が最大化され、どのようにプラズマが供給されるマイクロ波電力によって点火されるか、調整される。高速度カメラの記録が同様に示されている。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2 kW magnetron</td>
			<td>Muegge&#160;</td>
			<td>MH2000S 211BA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 kW power supply</td>
			<td>Muegge&#160;</td>
			<td>ML2000D-111TC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>insulator - circulator with water load</td>
			<td>Muegge&#160;</td>
			<td>MW1003A-210EC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>water load</td>
			<td>Muegge&#160;</td>
			<td>MW1002E-260EC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>three stub tuner</td>
			<td>Muegge&#160;</td>
			<td>MW2009A-260ED</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>orifices</td>
			<td>homemade</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>microwave plasma torch</td>
			<td>homemade</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>spectrum analyzer</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>E4402B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>network analyzer</td>
			<td>Anritsu</td>
			<td>MS4662A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>calibration kit</td>
			<td>Anritsu</td>
			<td>model 3753</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>directional coupler</td>
			<td>homemade</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20 dB attenuator</td>
			<td>Weinschee engineering</td>
			<td>20 dB AA57u8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>coaxial to rectangular wave guide transition</td>
			<td>Muegge&#160;</td>
			<td>MW5002A-260YD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>adaptor 7-16 to N connector</td>
			<td>Teleg&#228;rtner</td>
			<td>7-16/N Adaptor</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>coaxial cable</td>
			<td>Rosenberger Hochfrequenztechnik</td>
			<td>LU7_070_800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>high speed camera</td>
			<td>Photron</td>
			<td>fastcam SA5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>lens</td>
			<td>Revueflex</td>
			<td>makro revuenon 1:3.5/28mm</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>local gas ventilation</td>
			<td>Industrievertrieb Henning</td>
			<td>ACD220</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV protection glasses</td>
			<td>uvex</td>
			<td>HC-F9178265</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>microwave leakage tester</td>
			<td>conrad electronic</td>
			<td>not available</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>microwave survey meter</td>
			<td>Holaday industries inc.</td>
			<td>81273</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

how to ignite an atmospheric pressure microwave plasma torch without any additional igniters

この映画は、大気圧プラズマトーチはなし追加の点火装置とマイクロ波電力によって点火する方法を示しています。プラズマの点火後、プラズマの安定した連続運転が可能であり、プラズマトーチは、多くの異なる用途に使用することができる。一方、（3600 Kガス温度）ホットプラズマ化学プロセスのために使用することができ、他方で寒い残光（高温下にほぼRTの）は、表面処理を適用することができる。例えば、化学合成は興味深いボリュームプロセスである。ここで、マイクロ波プラズマトーチは有害であり、地球温暖化に寄与するが、半導体の枝のような成長産業分野におけるエッチングガスとして必要とされる廃ガスの分解のために使用することができる。別の用途は、CO 2の解離である。再生可能なエネルギー源からの余剰電気エネルギーは、CO及びO 2へのCO 2を解離するために使用することができる。 COはさらにプロになることができますこれにより、化学工業のためのエネルギー、合成燃料またはプラットフォーム化学物質の化学的ストレージを提供する気体または液体の高級炭化水素cessed。プラズマトーチの残光のアプリケーションは、ラッカー、接着剤または塗料の密着性、表面の異なった種類の滅菌または汚染除去を高めるために表面の処理である。映画は、追加の点火装置、 例えば 、電気火花ずにマイクロ波電力のみでプラズマを点火する方法を説明します。プラズマ点火後の血漿の連続的な安定した動作を保証する円筒一方の点火を提供同軸1 - マイクロ波プラズマトーチは、二つの共振器の組み合わせに基づいている。血漿体積プロセスに対して長いマイクロ波透過性チューブで操作や表面処理の目的のためにオリフィスによって成形することができる。

<html>調整可能な共振周波数を有する任意の付加的な点火装置並びに安定した連続プラズマ操作なしプラズマ点火を提供するために、高品質の同軸共振器は、マイクロ波プラズマトーチに低品質の円筒共振器と組み合わせた。このプラズマトーチの概略図を図3に示されている。プラズマは、ここではマイクロ波透過管、石英管中に閉じ込められる。このチューブは、ボリュームの?...

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How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications.

追加のイグナイタずに大気圧マイクロ波プラズマトーチに点火する方法

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

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19.3K ビュー.  University of Stuttgart. This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications. 

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Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various areas of technology and applied science, such as aerospace and communication engineering, sensing, metrology, nonlinear photonics, and quantum optics. In this article, we present the principal techniques used in our lab to build microwave photonics systems based on ultra-high Q whispering gallery mode resonators. First detailed in this article is the protocol for resonator polishing, which is based on a grind-and-polish technique close to the ones used to polish optical components such as lenses or telescope mirrors. Then, a white light interferometric profilometer measures surface roughness, which is a key parameter to characterize the quality of the polishing. In order to launch light in the resonator, a tapered silica fiber with diameter in the micrometer range is used. To reach such small diameters, we adopt the "flame-brushing" technique, using simultaneously computer-controlled motors to pull the fiber apart, and a blowtorch to heat the fiber area to be tapered. The resonator and the tapered fiber are later approached to one another to visualize the resonance signal of the whispering gallery modes using a wavelength-scanning laser. By increasing the optical power in the resonator, nonlinear phenomena are triggered until the formation of a Kerr optical frequency comb is observed with a spectrum made of equidistant spectral lines. These Kerr comb spectra have exceptional characteristics that are suitable for several applications in science and technology. We consider the application related to ultra-stable microwave frequency synthesis and demonstrate the generation of a Kerr comb with GHz intermodal frequency.

The customized techniques developed in our lab to build microwave photonics systems based on ultra-high Q whispering gallery mode resonators are presented. The protocols to obtain and characterize these resonators are detailed, and an explanation of some of their applications in microwave photonics is given.

ウィスパリングギャラリーモード共振器に基づいたマイクロ波フォトニクスシステム

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various ...

工学

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

エクストリーム圧力と温度での合成とMicrodiffraction

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Picoinjection of Microfluidic Drops Without Metal Electrodes

Existing methods for picoinjecting reagents into microfluidic drops require metal electrodes integrated into the microfluidic chip. The integration of these electrodes adds cumbersome and error-prone steps to the device fabrication process. We have developed a technique that obviates the needs for metal electrodes during picoinjection. Instead, it uses the injection fluid itself as an electrode, since most biological reagents contain dissolved electrolytes and are conductive. By eliminating the electrodes, we reduce device fabrication time and complexity, and make the devices more robust. In addition, with our approach, the injection volume depends on the voltage applied to the picoinjection solution; this allows us to rapidly adjust the volume injected by modulating the applied voltage. We demonstrate that our technique is compatible with reagents incorporating common biological compounds, including buffers, enzymes, and nucleic acids.

We have developed a technique for picoinjecting microfluidic drops that does not require metal electrodes. As such, devices incorporating our technique are simpler to fabricate and to use.

マイクロ流体のPicoinjectionは金属電極がなければ削除します

Existing methods for picoinjecting reagents into microfluidic drops require metal electrodes integrated into the microfluidic chip. The integration of ...

Using Microwave and Macroscopic Samples of Dielectric Solids to Study the Photonic Properties of Disordered Photonic Bandgap Materials

Recently, disordered photonic materials have been suggested as an alternative to periodic crystals for the formation of a complete photonic bandgap (PBG). In this article we will describe the methods for constructing and characterizing macroscopic disordered photonic structures using microwaves. The microwave regime offers the most convenient experimental sample size to build and test PBG media. Easily manipulated dielectric lattice components extend flexibility in building various 2D structures on top of pre-printed plastic templates. Once built, the structures could be quickly modified with point and line defects to make freeform waveguides and filters. Testing is done using a widely available Vector Network Analyzer and pairs of microwave horn antennas. Due to the scale invariance property of electromagnetic fields, the results we obtained in the microwave region can be directly applied to infrared and optical regions. Our approach is simple but delivers exciting new insight into the nature of light and disordered matter interaction.

Our representative results include the first experimental demonstration of the existence of a complete and isotropic PBG in a two-dimensional (2D) hyperuniform disordered dielectric structure. Additionally we demonstrate experimentally the ability of this novel photonic structure to guide electromagnetic waves (EM) through freeform waveguides of arbitrary shape.

Disordered structures offer new mechanisms for forming photonic bandgaps and unprecedented freedom in functional-defect designs. To circumvent the computational challenges of disordered systems, we construct modular macroscopic samples of the new class of PBG materials and use microwaves to characterize their scale-invariant photonic properties, in an easy and inexpensive manner.

乱れたフォトニックバンドギャップ材料のフォトニック特性を研究するためにマイクロ波誘電体固体の巨視的サンプルの使用

Recently, disordered photonic materials have been suggested as an alternative to periodic crystals for the formation of a complete photonic bandgap (PBG). ...

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 ...

An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. The reactions of cold plasma with the surrounding atmosphere yield a variety of reactive species, which can define its effectiveness. While efficient development of cold plasma therapy requires kinetic models, model benchmarking needs empirical data. Experimental studies of the source of reactive species detected in aqueous solutions exposed to plasma are still scarce. Biomedical plasma is often operated with He or Ar feed gas, and a specific interest lies in investigation of the reactive species generated by plasma with various gas admixtures (O2, N2, air, H2O vapor, etc.) Such investigations are very complex due to difficulties in controlling the ambient atmosphere in contact with the plasma effluent. In this work, we addressed common issues of &#39;high&#39; voltage kHz frequency driven plasma jet experimental studies. A reactor was developed allowing the exclusion of ambient atmosphere from the plasma-liquid system. The system thus comprised the feed gas with admixtures and the components of the liquid sample. This controlled atmosphere allowed the investigation of the source of the reactive oxygen species induced in aqueous solutions by He-water vapor plasma. The use of isotopically labelled water allowed distinguishing between the species originating in the gas phase and those formed in the liquid. The plasma equipment was contained inside a Faraday cage to eliminate possible influence of any external field. The setup is versatile and can aid in further understanding the cold plasma-liquid interactions chemistry.

An experimental setup was created for the helium-operated kHz frequency plasma jet. The setup includes a cage for the plasma power supply and jet and an in-house built reactor to monitor plasma-induced reactive species without the interference of the ambient atmosphere.

反応種の形成を調査するための大気圧プラズマのセットアップ

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

New Application of an Atmospheric Pressure Plasma Jet as a Neuro-protective Agent Against Glucose Deprivation-induced Injury of SH-SY5Y Cells

The atmospheric pressure plasma jet (APPJ) has attracted the attention of many researchers from multiple disciplines in recent years because its emissions include multiple types of reactive nitrogen species (RNS) and reactive oxygen species (ROS). Our previous study has shown the cytoprotective effect of the APPJ against oxidative stress-induced injuries. The aim of the present study is to provide a detailed in vitro treatment protocol regarding the neuroprotective applications of helium APPJs on glucose deprivation-induced injury in SH-SY5Y cells. The SH-SY5Y human neuroblastoma-derived cell line was maintained in RPMI 1640 medium supplemented with 15% fetal calf serum. The culture medium was then changed to RPMI 1640 without glucose before APPJ treatment. After a 1 h incubation in a cell incubator, cell viability was determined using Cell Counting Kit 8. The results showed that, compared to the glucose deprivation group, cells treated with APPJ exhibited significantly increased cell viability in a dose-dependent manner, with 8 s/well observed as an optimal dose. Meanwhile, helium flow had no effect on the glucose deprivation-induced cell impairment. Our results indicated that APPJ could be potentially used as a treatment method for the diseases in the central nervous system related to glucose deprivation. This protocol could also be used as a cytoprotective application for other cells with different impairments, but the cell culture and APPJ treatment conditions should be readjusted, and the treatment dose must be relatively low.

A protocol for the neuroprotective application of low-dose atmospheric pressure plasma treatment on glucose deprivation-induced SH-SY5Y injuries.

SH SY5Y 細胞のグルコース欠乏による障害に対して神経保護剤として大気圧プラズマ ジェットの新しいアプリケーション

The atmospheric pressure plasma jet (APPJ) has attracted the attention of many researchers from multiple disciplines in recent years because its emissions ...

Atmospheric Pressure Fabrication of Large-Sized Single-Layer Rectangular SnSe Flakes

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for applications in two-dimensional nanoelectronics devices. Although many methods to synthesize SnSe nanocrystals have been developed, a simple way to fabricate large-sized single-layer SnSe flakes remains a great challenge. Herein, we show the experimental method to directly grow large-sized single-layer rectangular SnSe flakes on commonly used SiO2/Si insulating substrates using a straightforward two-step fabrication method in an atmospheric pressure quartz tube furnace system. The single-layer rectangular SnSe flakes with an average thickness of ~6.8 &#197; and lateral dimensions of about 30 &#181;m &#215; 50 &#181;m were fabricated by a combination of vapor transport deposition technique and nitrogen etching route. We characterized the morphology, microstructure, and electrical properties of the rectangular SnSe flakes and obtained excellent crystallinity and good electronic properties. This article about the two-step fabrication method can help researchers grow other similar two-dimensional, large-sized, single-layer materials using an atmospheric pressure system.

A protocol is presented demonstrating a two-step fabrication technique to grow large-sized single-layer rectangular shaped SnSe flakes on low-cost SiO2/Si dielectrics wafers in an atmospheric pressure quartz tube furnace system.

大型単層長方形 SnSe フレークの大気圧作製

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for ...

Nerve Stem Cell Differentiation by a One-step Cold Atmospheric Plasma Treatment In Vitro

As the development of physical plasma technology, cold atmospheric plasmas (CAPs) have been widely investigated in decontamination, cancer treatment, wound healing, root canal treatment, etc., forming a new research field named plasma medicine. Being a mixture of electrical, chemical, and biological reactive species, CAPs have shown their abilities to enhance nerve stem cells differentiation both in vitro and in vivo and are becoming a promising way for neurological disease treatment in the future. The much more exciting news is that using CAPs may realize one-step, and safely directed, differentiation of neural stem cells (NSCs) for tissue transportation. We demonstrate here the detailed experimental protocol of using a self-made CAP jet device to enhance NSC differentiation in C17.2-NSCs and primary rat neural stem cells, as well as observing the cell fate by inverted and fluorescence microscopy. With the help of immunofluorescence staining technology, we found both the NSCs showed an accelerated differential rate than the untreated group, and ~75% of the NSCs selectively differentiated into neurons, which are mainly mature, cholinergic, and motor neurons.

Nerve Stem Cell Differentiation by a One-step Cold Atmospheric Plasma Treatment In Vitro

This protocol aims to provide detailed experimental steps of a cold atmospheric plasma treatment on neural stem cells and immunofluorescence detection for differentiation enhancement.

ワンステップ低温大気プラズマ治療体外で神経幹細胞の分化

As the development of physical plasma technology, cold atmospheric plasmas (CAPs) have been widely investigated in decontamination, cancer treatment, ...

Carrier Lifetime Measurements in Semiconductors through the Microwave Photoconductivity Decay Method

This work presents a protocol employing the microwave photoconductivity decay (&#956;-PCD) for measurement of the carrier lifetime in semiconductor materials, especially SiC. In principle, excess carriers in the semiconductor generated via excitation recombine with time and, subsequently, return to the equilibrium state. The time constant of this recombination is known as the carrier lifetime, an important parameter in semiconductor materials and devices that requires a noncontact and nondestructive measurement ideally achieved by the &#956;-PCD. During irradiation of a sample, a part of the microwave is reflected by the semiconductor sample. Microwave reflectance depends on the sample conductivity, which is attributed to the carriers. Therefore, the time decay of excess carriers can be observed through detection of the reflected microwave intensity, whose decay curve can be analyzed for estimation of the carrier lifetime. Results confirm the suitability of the &#956;-PCD protocol in measuring the carrier lifetime in semiconductor materials and devices.

As one of the important physical parameters in semiconductors, carrier lifetime is measured herein via a protocol employing the microwave photoconductivity decay method.

マイクロ波光伝導減衰法による半導体中のキャリア ライフ タイム測定

This work presents a protocol employing the microwave photoconductivity decay (&#956;-PCD) for measurement of the carrier lifetime in semiconductor ...