Este projecto foi apoiado em parte pela National Science Foundation e pelo Laboratório de Pesquisas da Força Aérea, através do programa CONTATO.

1. Projeto e Fabricação de sensor <ol><li> Concepção de um guia de ondas de placas paralelas com uma ou mais cavidades ou integrados (&quot;fendas&quot;). Ver Figuras 1 e 2. Geometria pode ser baseada no que foi referido nas nossas publicações anteriores 8,9 ou especialmente concebido para a aplicação em particular. Os seguintes princípios gerais orientadores são sugeridas: <ol><li> O espaçamento da placa: Nesta experiência um espaçamento entre as placas de 1 mm é utilizado para o acoplamento eficaz com o modo TE1 sem a necessidade de lentes especiais. Ele também garante um único modo de propagação nas freqüências de interesse. Quando se utiliza outros espaçamentos da placa, a eficiência de dispersão de propagação, e acoplamento multimodo devem ser considerados. </li><li> Espaçadores: Este espaçamento entre as placas é mantida através de espaçadores dieléctricos. Pequenos pedaços de vidro com espessura muito uniforme fazer espaçadores excelentes - no nosso caso, usamos fragmentos a partir de uma lâmina de microscópio despedaçado, com uma espessura de 1 mm + / - 3 mm. </li&gt; <li> Tamanho da placa: As placas próprias devem ser largos o bastante para que eles podem ser considerados em comparação com o infinito feixe de entrada. (No nosso caso, 4,75 centímetros de uma viga de 1,2 cm.) A espessura de cada uma das placas deve ser muito mais espessa do que a profundidade da pele, e as placas mais grossas (&gt; 1 cm) são recomendados para reduzir a possibilidade de energia que passa por cima ou por baixo do guia de ondas e alcançar o detector. Comprimento de propagação deve ser suficiente para que a ranhura é pelo menos duas vezes a sua largura própria para longe da entrada e as faces de saída, mas minimizado, para reduzir a dispersão. </li><li> Geometria Placa inferior: A fim de permitir um acesso fácil ao canal, a placa de guia de onda inferior deve ser significativamente maior do que a placa de topo, enquanto que a ranhura se estende quase (mas não completamente) a toda a largura da placa. (Ver Figura 1) Isso torna muito mais fácil de acessar o ritmo e monitorar o nível de enchimento. </li><li> Parafusos: Ambos superior e placa de fundo têm uma extensão de modo que os parafusos podem ser inseridas para segurar a ondaguiar em conjunto, sem obstruir as ranhuras quer ou o caminho de propagação. (Ver Figura 1) Os orifícios na placa de fundo são enfiados topo enquanto não são. </li><li> A geometria da cavidade: Design for a ranhura irá depender da frequência ressonante desejada, a largura de linha desejada, e o espaçamento entre as placas escolhido, entre outros factores. É importante considerar as limitações de suas técnicas de fabricação de ranhuras muito estreitas ou muito superficial. Ranhuras múltiplas para detecção multicanal têm requisitos adicionais 10. </li><li> Versão Ungrooved: um desenho idêntico em todos os aspectos, SEM um sulco deve também ser fabricada, para ser utilizado como uma referência. </li></ol></li><li> Fabrico da guia de ondas pode ser feito por maquinagem. IMPORTANTE: não enfraquecer os bordos das chapas, particularmente sobre a face de entrada. Bordas arredondadas são prática comum em muitas oficinas mecânicas, por razões de segurança, mas um bordo arredondado na face de entrada irá distorcer o sinal. </li><li> MontagemProcedimento. Depois de as duas placas foram fabricados, eles devem ser montados na guia de ondas. <ol><li> Usar um suporte de objectos L-ou outro planas para criar uma estrutura com duas superfícies planas perpendiculares uma à outra. Colocar a placa de fundo sobre a superfície horizontal e pressioná-lo contra a nivelar a superfície vertical. Colocar os espaçadores dieléctricos como fechar os orifícios dos parafusos de possível (dois por parafuso, um de cada lado), tendo o cuidado de não obstruir a ranhura ou para estender para além da face de entrada. </li><li> Com cuidado, coloque o flush placa superior contra a superfície vertical e deslize-o a sentar-se na placa inferior e espaçadores. Segurando ambas as placas rente à superfície vertical, inserir os parafusos. Parafuso-los de forma incremental em um padrão alternado. Este procedimento leva a um guia de ondas com uma face de entrada perfeitamente plana e uniforme espaçamento entre as placas. </li></ol></li></ol> 2. Aparelho experimental Este protocolo assume o ha de usuários de acesso a uma transmissão de geometria-terahertz espectrómetro de domínio de tempo (no nosso caso, a T-Ray Picometrix 4000) e está familiarizado com a obtenção de formas de onda de domínio de tempo e de Fourier transforma o domínio da frequência. <ol><li> Configuração confocal. Se já não estiver presente, quatro lentes devem ser introduzidos no percurso do feixe de orientação confocal a fim de proporcionar um foco apertado no ponto médio do caminho. </li><li> Coloque uma abertura no ponto focal. A abertura deve ser suficientemente grande para bloquear toda a radiação se propague através do condutor de ondas, excepto. O tamanho da abertura irá determinar o tamanho do feixe de propagação no condutor de ondas (no nosso caso, 12 mm). </li><li> Lugar waveguide imediatamente atrás da abertura, com a face de entrada em contacto com a abertura e com o eixo da guia de ondas de propagação alinhado na medida do possível, em relação ao eixo óptico. O alinhamento aqui é crítica - reflexões, dispersão, variação nas frequências de corte e ressonância, e outros issues podem surgir devido ao alinhamento inadequado do guia de ondas. Use um suporte seguro para assegurar a colocação REPEATABLE. </li><li> Suporte da seringa: é útil ter uma estrutura que contém a seringa no lugar, de modo que a ponta esteja alinhado com o sulco. Ao fazer isso, você pode reduzir a possibilidade de erros no preenchimento devido ao movimento da seringa em suas mãos. </li></ol> 3. Preparação da Amostra <ol><li> Procedimento de limpeza: Desmonte a guia de ondas. Lavar as duas placas de guia de onda completamente em um solvente apropriado para remover qualquer resíduo a partir do experimento. Seque com ar comprimido. Remonte como em 1.3. </li><li> Preparação da seringa. Para melhores resultados, recomendamos o uso de uma seringa diferente para cada material para evitar a contaminação cruzada. Se isso não for possível, a seringa deve também ser limpo com o mesmo solvente. </li><li> Encher a seringa para encher o volume apropriado com o líquido a ser testado. Tente eliminar todas as bolhas. </li></ol><ol><li> Coloque a guia de onda de referência ungrooved no aparelho, tal como descrito em (2.3). Pegue uma forma de onda de referência do guia de ondas ungrooved, depois retire. Isso só é necessário uma vez a cada poucas horas em cada sessão experimental, dependendo da estabilidade de longa duração do sinal de espectrometria de domínio de tempo. </li><li> Coloque waveguide entalhado limpo no aparelho, tal como descrito em (2.3) </li><li> Tomar uma forma de onda para o guia de ondas ranhurado vazio. NOTA: Isso deve ser feito toda vez que o guia de onda é removido e limpo. O processo de remoção e desmontagem podem levar a variações muito pequenas na geometria do guia de ondas. Estas variações afetará a freqüência absoluta de ressonância das ranhuras vazias e cheias, mas não a mudança observada, por isso cada medição &quot;cheio&quot; exige a sua própria referência &quot;vazio&quot; para calcular a mudança. </li><li> Sem mover a guia de onda, coloque a seringa cheia no lugar no suporte. Lentamente preencher o sulco, mantendoassistir que o preenchimento é bom, sem bolhas ou estouro. (Como determinar a quantidade correta de preenchimento é descrito na seção Discussão.) Pegue outra forma de onda. </li><li> Se o sistema não tem mais do que uma ranhura, continuar o enchimento sulcos e tendo formas de onda como desejado. </li><li> Remover e limpar waveguide (como no Passo 3). </li><li> Repita quantas vezes for necessário. Para melhores resultados, vários conjuntos de dados para cada amostra são recomendados para reduzir o erro. </li></ol> 5. Resultados representativos Análise de dados de essas formas de onda é simples e pode seguir as técnicas habituais do experimentador para transformar o domínio da freqüência. Os espectros de frequência, tais como os indicados na Figura 3 deve resultar. Estes podem ser elevados ao quadrado e dividida pela forma de onda de referência para obter espectros de transmissão de energia, tais como a Figura 4. A frequência de largura de linha e central das ressonâncias para os guias de onda vazias e cheias pode ser measured a partir destes espectros, ou convulsões lorentzianas pode ser realizada para aumentar a precisão. A mudança de ressonância causada por o líquido seja apenas a diferença entre as frequências observadas centrais das ressonâncias para os guias de onda vazias e cheias. Para converter este para uma medição de índice de refracção, a relação entre o deslocamento e o RI deve ser estabelecida. Isso pode feito experimentalmente seguindo este procedimento com amostras de índice conhecido, ou através da realização de simulações computacionais da ranhura preenchidas com amostras de índice conhecido 9, ou analiticamente utilizando o modo de técnicas de correspondência de 8. Uma vez que o deslocamento em função da curva RI é estabelecido, as medições de IR de amostras desconhecidas podem ser executadas com precisão. Há alguns erros específicos que podem ocorrer durante este procedimento. Bolhas ou erros no preenchimento do sulco pode resultar em dados ruidosos ou incorretos, razão pela qual recomendamos vários conjuntos de dados para cada SAmple material. Uma outra fonte de erro é frequente na colocação das guias de onda. Se as guias de onda de referência e o sensor são colocados em alinhamento exactamente o mesmo, quaisquer reflexos ou outros artefactos será o mesmo para ambos e vai dividir o espectro de transmissão. Se o alinhamento é um pouco fora, as reflexões não dividirá fora e toque será observado nos espectros de transmissão (alguns toques menor pode ser visto na Figura 4). Se não for desejável para retomar os dados, é possível eliminar esta toque aparando a forma de onda de domínio de tempo antes que a reflexão é apresentada, mas isso reduz a resolução espectral e, por conseguinte, o índice de refracção resolução é limitada também. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig1.jpg" /> Figura 1. Fotografia do guia de ondas com as partes relevantes marcados. Note-se que a ranhura não se estende a entire comprimento ou a largura do guia de ondas e a estrutura está concebida de modo a que as peças de montagem não vai obstruir a ranhura ou o caminho de propagação da radiação. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig2.jpg" /> Figura 2. Esquemática da guia de ondas ranhurado. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig3.jpg" /> Figura 3. (A) Os espectros de frequência de amostra para o guia de ondas de referência (branco), o guia de ondas ranhurado, sem enchimento de líquido (azul), e o guia de ondas ranhurado com o líquido, neste caso, tetradecano (vermelho). As frequências de corte para o TE 1 e <samp>3</samp> TE modos de propagação são mostrados, assim como as linhas de absorção de água de vapor. (B) Closeup das ressonâncias para os guias de onda vazias e cheias com ranhuras. <img alt="Figura 4" src=&quot;/ Files/ftp_upload/4304/4304fig4.jpg&quot; /&gt; Figura 4. Espectros de transmissão de energia para os guias de onda vazias e cheias sulcados. A diferença de frequência entre as duas características de ressonância é o deslocamento de ressonância (Af), que se refere ao índice de refracção.

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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>

Não há conflitos de interesse declarados.

Deve notar-se que o índice de refracção do líquido de ensaio é determinada apenas com a frequência de ressonância da cavidade, e não mais de uma largura de banda ampla. Isto tem algumas vantagens distintas. Primeiro, apesar de nossas medidas têm feito uso de uma fonte de terahertz banda larga para fins de caracterização, pode-se também construir um sistema equivalente de detecção com uma fonte THz de freqüência única, com apenas um grau limitado de possibilidades de controle de freqüência, uma abordag...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome do reagente </td><td> Companhia </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentários (opcional) </td></tr><tr><td> Seringa de 10 ul </td><td> Hamilton </td><td> 80314 </td><td> Seringa de alta precisão </td></tr><tr><td> Alcanos líquidos </td><td> Acros Organics </td><td></td><td> As amostras para a calibração e teste </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Nenhum equipamento específico é necessário. Materiais adequados de teste e solventes são deixados ao critério do experimentador. As seringas de alta precisão, usados ​​neste procedimento são listados na tabela a seguir, mas o experimentador pode querer usar seringas de um volume diferente ou design, incluindo seringas digitais para uma maior precisão. Os alcanos de ensaio utilizados nesta experiência também são listadas. </td></tr></tbody></table>

terahertz microfluidic sensing using a parallel-plate waveguide sensor

Índice de refracção (RI) de detecção não invasiva é um poderoso e etiqueta sem técnica de detecção para a detecção, identificação e controlo de amostras de microfluidicos com uma vasta gama de modelos de sensores interferómetros possíveis, tais como ressoadores e 1,2. A maioria das aplicações da detecção RI existente concentrar em materiais biológicos em soluções aquosas de frequências visíveis e IR, tais como hibridação de DNA e sequenciamento do genoma. Em freqüências de terahertz, as aplicações incluem o controle de qualidade, acompanhamento de processos industriais e de sensoriamento e aplicações de detecção envolvendo materiais apolares. Vários projetos potenciais para sensores de índice de refração no regime terahertz existem, incluindo guias de cristal fotônico 3, assimétricas divisão anel ressonadores 4 e estruturas de gap fotônico banda integrados em paralelo placa-guias de onda 5. Muitos destes modelos são baseados em ressonadores ópticos, tais como anéisou cavidades. As frequências de ressonância dessas estruturas são dependentes do índice de refracção do material em ou em torno do ressonador. Através da monitorização das alterações na frequência de ressonância do índice de refracção de uma amostra pode ser medida com precisão e isto por sua vez pode ser usado para identificar um material, monitorar a contaminação ou diluição, etc O projeto do sensor que usamos aqui é baseado em um guia de onda de placas paralelas simples 6,7. A ranhura retangular usinados em um funciona como um cavidade ressonante (Figuras 1 e 2). Quando a radiação terahertz é acoplado ao guia de ondas e propaga-se no ponto mais baixo de ordem transversal modo eléctrico (TE 1), o resultado é um recurso único forte, com uma frequência ressonante sintonizável ressonante que é dependente da geometria da ranhura de 6,8. Esta ranhura pode ser preenchido com amostras de líquidos não polares microfluidicos que causam uma mudança na frequência de ressonância observado que depende da quantidade de liquid na ranhura e o seu índice de refracção 9. A nossa técnica tem uma vantagem sobre as técnicas terahertz outros na sua simplicidade, tanto na fabricação e execução, uma vez que o procedimento pode ser realizado com material de laboratório padrão, sem a necessidade de uma sala de limpeza ou qualquer fabricação especial ou técnicas experimentais. Ele também pode ser facilmente expandido para a operação de múltiplos canais através da incorporação de ranhuras múltiplas 10. Neste vídeo iremos descrever o nosso procedimento experimental completo, a partir do desenho do sensor para a análise de dados e a determinação do índice de refracção da amostra.

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Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

O procedimento para a implementação de um sensor de índice de refração para as frequências terahertz com base em uma geometria de guia de onda com ranhuras de placas paralelas é descrito aqui. O método proporciona uma medição do índice de refracção de um pequeno volume de líquido através de um controlo do desvio da frequência ressonante da estrutura de guia de ondas

Sensoriamento terahertz microfluídicos usando um sensor de guia de onda de placas paralelas

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

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10.7K visualizações.  Rice University. O procedimento para a implementação de um sensor de índice de refração para as frequências terahertz com base em uma geometria de guia de onda com ranhuras de placas paralelas é descrito aqui. O método proporciona uma medição do índice de refracção de um pequeno volume de líquido através de um controlo do desvio da frequência ressonante da estrutura de guia de ondas

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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.

Projeto, fabricação e Experimental Caracterização de plasmônicos Emissores Terahertz Photoconductive

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

Engenharia

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.

Como construir um pacote Spring-transporte a vácuo para 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 ...

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.

Fabricação de ressonadores anel de divisão Nanopillar-base para o deslocamento atuais mediada Ressonâncias em Terahertz Metamaterials

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.

Filamentos de Femtosecond Laser para uso em Sub-Diffraction-Limited imagens e sensoriamento remoto

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.

Uma plataforma de sensoriamento de fibra óptica com ponta de silicone com alta resolução e resposta rápida

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.

Protocolo de imagem e caracterização de terahertz para tumores de câncer de mama recém-excisados

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.

Medindo emissões de número de partículas reais de condução sub-23 nanômetros usando o sistema portátil de amostragem DownToTen

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.

Visualização Mecanoluminescente da Propagação de Fissuras para Avaliação de Juntas

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

Fabricação de um Etalon de Fabry-Pérot para aplicação em espectroscopia de gases traços

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.

Autor em destaque: Fabricação de um Fabry-Pérot Etalon de baixo custo, acoplado a fibra e espaçado a ar  

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.

Fabricação de um Etalon Fabry-Pérot de baixo custo, acoplado à fibra e com espaço a ar

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