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.

1. Medição da Magnetron Nota: O esquema da montagem experimental para a medição do magnetrão é representada na Figura 1A. <ol><li> Conecte o magnetron para um isolante que consiste em um circulador e uma carga de água com 10 parafusos. </li><li> Ligue o isolador de um acoplador direccional com 10 parafusos. </li><li> Conecte o acoplador direcional para uma segunda carga de água com 10 parafusos. </li><li> Fornecer todas as cargas de água com água. </li><li> Calibrar o analisador de espectro com a sua função de calibração de acordo com o protocolo do fabricante. </li><li> Conecte um dB atenuador 20 para o analisador de espectro, ligando a 20 dB atenuador para o analisador de espectro. Nota: A 20 dB atenuador é usado para proteger o analisador de espectro de muito altas potências acima de 1 W. </li><li> Ligue o atenuador 20 dB equipado analisador de espectro para a extremidade do cabo coaxial equipada com um conector BNC ligando o coaxial do cabo para o atenuador de 20 dB. </li><li> Ligar a extremidade do cabo coaxial equipada com um conector N para o acoplador direccional, ligando o cabo coaxial ao cabo direccional. </li><li> Ligar o magnetrão através da fonte de alimentação e o espectro de microondas emitida é exibida no analisador de espectro. </li><li> Se necessário, ajustar a abscissa exibido, coordenar e sua resolução de acordo com o manual do analisador de espectro. </li><li> Para medir a frequência das micro-ondas na dependência da saída da potência de microondas, aumentar a potência de micro-ondas de 10% para o máximo de potência de saída de 5% a 10% de passo e para cada passo de determinar a frequência a amplitude máxima do espectro exibida pelo analisador de espectro. Nota: Normalmente, o espectro de um magnetrão abaixo de 10% da sua potência máxima de saída de frequência é muito ampla, apresenta muitos picos diferentes e, portanto, não é utilizável. </li></ol> 2. Ajuste dea frequência de ressonância Nota: O esquema da montagem experimental para medir e ajustar a frequência de ressonância é descrita na Figura 2A. <ol><li> Calibra-se o analisador de rede com o kit de calibração para a operação S11 (de acordo com o protocolo do fabricante). </li><li> Conecte o cabo coaxial através do N-conector para a parte coaxial de uma transição guia coaxial-to-rectangular-ondas, conectando o cabo coaxial à onda-guide-transição coaxial para. </li><li> Conecte a parte retangular da transição guia coaxial-to-rectangular-ondas para um sintonizador de três stub com 10 parafusos. </li><li> Ligue o sintonizador de três stub para o conjunto da tocha de plasma de microondas com 10 parafusos. </li><li> Na chave de menu analisador de rede para operação S11. </li><li> No menu de analisador de rede mudar para o modo VSWR ou modo de registrar. </li><li> Iterativamente ajustar a frequência de ressonância do conjunto de tocha de plasma de microondas para o Freque medidoNCY do magnetrão com uma potência de saída de 25% - 60% da potência máxima de saída, movendo o bocal para cima e para baixo. A frequência de ressonância do conjunto do maçarico de plasma de microondas é dada pela inclinação da medição de parâmetros S11, como representado na Figura 2B. Ajuste este mergulho movendo o bico para cima e para baixo com a freqüência recomendada. </li><li> Quando a frequência de ressonância é ajustado, bloquear a posição do bocal com a porca de bloqueio. </li><li> Aumente a potência de microondas para a frente de forma iterativa, ajustando os três tocos do sintonizador três stub movendo o tocos cima e para baixo. A energia de microondas absorvida pela montagem da tocha de plasma de microondas é dada pela profundidade do mergulho do parâmetro S11. Assim, maximizar este mergulho, ajustando os tocos do sintonizador de três stub. Geralmente, é suficiente que dois dos três topos são utilizados. </li></ol> 3. Ignição do Plasma <ol><li> Use óculos de proteção UV desde o plasma emite radia UVção. Operar a tocha plasma sob ventilação de gás local desde o plasma produz óxidos de nitreto. </li><li> Ligue o conjunto da tocha de plasma de microondas com o ressonador coaxial ajustado (bocal é bloqueado) e ajustado o sintonizador três derivação para o magnetrão equipado com um isolante que consiste de um dispositivo de circulação ligado a uma carga de água. </li><li> Ligue o fornecimento de gás para a tocha de plasma de microondas. </li><li> Ligue o fornecimento de gás para 5-20 SLM. </li><li> Como a radiação de microondas em doses mais elevadas é prejudicial especialmente para os olhos, verifique se existem fugas de microondas. <ol><li> Para isso, ligue o forno a uma potência muito baixa, de 10% para 12% e verifique todas as conexões de microondas com um medidor de microondas para detectar eventuais fugas. </li><li> Se houver quaisquer fugas removê-los completamente antes de aumentar a potência de microondas ou a funcionar a tocha de plasma de microondas. </li></ol></li><li> Se existem fugas ligar o microondas começando com baixas potências de 10% e aumentar o micpoder rowave lentamente dentro de 10 a 60 segundos até o plasma inflama no tubo de quartzo da tocha de plasma de micro-ondas. </li><li> Observar atentamente se e onde o plasma inflama, mas tome cuidado com microondas possivelmente irradiados. De preferência, use um espelho para a observação da ignição plasma. </li><li> Se nenhum plasma inflama, desligue a energia de microondas e verificar cuidadosamente se a energia de microondas é devidamente associado no ressonador coaxial e não equivocada de outros componentes aquecendo-os para cima ou até mesmo prejudicá-los. Verifique se alguns componentes estão a ficar aquecido. <ol><li> Se algum componente se aquece up - ou seja, o poder de microondas é equivocada - mover todos os topos do sintonizador três stub fora do guia de ondas e ajustá-los para maximizar o acoplamento de microondas para o conjunto da tocha plasma como descrito no passo 2.9. Em seguida, começar de novo com o passo 3.1. </li><li> Ajustar a frequência de ressonância do ressonador coaxial do maçarico de plasma para o envio de frequência do magNetron a uma suficiente alta potência de microondas, de 25% a 60% da potência máxima de saída com o analisador de rede, tal como descrito no passo 2. Para melhorar a ignição, ajustar a frequência de ressonância do ressonador coaxial como descrito no passo 2 para uma maior potência de saída. Em seguida, começar de novo com o passo 3.1. </li></ol></li><li> Se o plasma inflama em algum lugar da tocha de plasma e não muda automaticamente para o modo coaxial ou cilíndrico, variar o fluxo de energia de microondas e gás fornecido até que arde no modo cilíndrico. </li><li> Quando o plasma queima no modo cilíndrico, ajustar iterativamente os talões do sintonizador três topo, movendo-os para cima e para baixo de modo a que toda a energia de microondas fornecida é absorvida pelo plasma e da potência das microondas reflectidas torna-se zero. Nota: Se um diodo de micro-ondas é ligado à carga de água e para a entrada correspondente da unidade de controlo, a potência do microondas reflectidas é indicado no aparelho de micro-ondas a potência de alimentação de controle.Como fazer isso é descrito no manual da potência de microondas de abastecimento. </li><li> Quando os poderes de microondas mais elevados de 1,5 kW ou mais, e os fluxos de gás de baixa de menos de 15 slm são usados, verifique cuidadosamente se o plasma não toca nas paredes do tubo de quartzo. O tubo de quartzo não deve brilhar em qualquer lugar. </li><li> Se o tubo de quartzo brilha em vermelho, diminuir a potência de microondas ou aumentar o fluxo de gás até que ela desapareça completamente. </li><li> Uma vez que as microondas podem ser irradiada pelo plasma devido à condutividade do plasma, verificar com um medidor micro-ondas que a energia de microondas irradiada é inferior ao limiar. </li><li> Se a energia de microondas irradiada é acima do limiar, proteger o plasma com uma malha metálica onde o tamanho da malha é muito menor do que a metade do comprimento de onda de microondas utilizado. </li></ol> 4. de alta velocidade da câmera de filme do Ignition Plasma Observação: Uma vez que a ignição do plasma e a sua transição para o modo cilíndrico é na gama dealgumas centenas de milissegundos, esse processo pode ser melhor investigados por meio de uma câmera de alta velocidade. No entanto, não é necessário observar o processo de ignição por meio de uma câmara de alta velocidade cada vez que o plasma é inflamado. <ol><li> Coloque a lente da câmara de alta velocidade em frente do maçarico de plasma de microondas que olha através da abertura de diagnóstico na parte da frente do maçarico de plasma. </li><li> Ajuste até que a câmara está a apontar para o ressonador coaxial na ponta do bocal metálico. </li><li> Concentre-se a câmera na ponta do bico metálico. </li><li> Iniciar a gravação com 1000 fps (frames por segundo) com a câmara de alta velocidade. </li><li> Acenda o plasma como descrito na seção 3. </li></ol> 5. estável e contínuo Operação Plasma Nota: Quando o plasma foi inflamado no modo cilíndrico e o sintonizador três topo foi ajustado para maximizar a absorção da energia de microondas por um plasma estável e continoperação horia do maçarico de plasma é possível. <ol><li> Ajustar a dimensão - a extensão radial e axial - do plasma para a dimensão desejada através da variação da potência de microondas fornecida entre 10% e a potência de saída máxima e o fluxo de gás entre 10 e 70 sLm. Manter a dimensão radial limitada ao diâmetro do tubo de quartzo. O plasma não deve tocar a parede do tubo de quartzo que significa que o tubo de quartzo não deve brilhar. </li><li> Para formar o plasma de diferentes formas, utilizar um tubo de quartzo curto que apenas limita o plasma no interior do ressonador cilíndrica e colocar um orifício no topo do conjunto da tocha de plasma. </li><li> Se necessário, fixar os orifícios com alguns parafusos. </li></ol>

<ol>
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The authors have nothing to disclose.

O filme apresentado explica como uma ignição de um plasma de microondas pressão atmosférica sem igniters adicionais podem ser realizados, os princípios básicos dessa tocha plasma de microondas, a sua regulação, o processo de ignição do plasma e do seu funcionamento estável e contínua. Como descrito na introdução, já existem diferentes tipos de maçaricos de plasma de micro-ondas, mas nenhum deles proporcionar um sistema de ignição do plasma sem quaisquer dispositivos de ignição adicionais assim como a...

Tochas de plasma de microondas pressão atmosférica oferecem uma variedade de diferentes aplicações. Por um lado, eles podem ser usados ​​para os processos químicos de volume e, por outro lado, a sua pós-luminescência de plasma pode ser aplicado para o tratamento de superfícies. Como tratamento de superfície processa o tratamento para aumentar a aderência da cola, tinta ou verniz ou de descontaminação ou de esterilização de superfícies pode ser chamado. O próprio plasma quente e reactivo pode ser utilizado para processos de volume, como a decomposição dos gases residuais 1-7. Estes gases residuais são prejudiciais, contribuir para o aquecimento global e dificilmente pode ser degradada convencionalmente. No entanto, eles são necessários no crescimento sectores industriais, tais como o ramo de semicondutores. Outras aplicações são a síntese química, como a dissociação de CO 2 para CO e O 2 ou CH 4 a carbono e 8,9 de hidrogênio. Energia elétrica excedente a partir de fontes renováveis ​​de energia pode ser usada para dissociar CO <sub&gt; 2 em CO e O2. O CO pode ser ainda processado para hidrocarbonetos superiores que podem ser utilizados como combustíveis sintéticos para o transporte, como produtos químicos de plataforma para a indústria química ou como armazenamento de produtos químicos. Existem alguns maçaricos de plasma de micro-ondas, mas a maioria deles tem desvantagens: eles só têm volumes muito pequenos de plasma, precisa de escorvas adicionais, necessitam de arrefecimento do reactor de plasma ou só pode ser operado em modo pulsado 10-18. O maçarico de plasma de microondas, apresentou neste filme oferece uma ignição do plasma apenas com a energia de microondas fornecida sem os dispositivos de ignição adicionais, bem como uma operação estável e contínua, sem qualquer arrefecimento do reactor de plasma para uma larga gama de parâmetros de operação e pode ser utilizada para todas as aplicações acima mencionadas. O maçarico de plasma de microondas é baseada numa combinação de dois ressonadores: um coaxial e um cilíndrico. O ressonador cilíndrico tem uma baixa qualidade e é operated no bem conhecido E 010 -mode com o maior campo elétrico em seu centro. O ressonador coaxial situa-se abaixo do ressonador cilíndrica e é constituído por um bocal metálico móvel em combinação com uma fonte de gás tangencial. A elevada qualidade do ressonador coaxial apresenta uma curva de ressonância muito estreita, mas de profundidade. Devido à alta qualidade do ressonador coaxial de um campo eléctrico de alta pode ser atingido, o que é necessário para a ignição do plasma. No entanto, a alta qualidade do ressonador coaxial está associada com uma curva de ressonância muito estreita e, por conseguinte, a frequência de ressonância tem de corresponder perfeitamente a frequência das micro-ondas fornecido. Uma vez que os deslocamentos de frequência de ressonância após a ignição do plasma devido à permissividade do plasma, o forno de microondas não pode penetrar no ressonador coaxial. Para a operação contínua do plasma é necessário o ressonador cilíndrica com uma baixa qualidade e uma curva de ressonância larga. Uma fonte de gás axial adicional através do bocal metálico do ressonador coaxial é possível. O plasma é inflamado e fechada num tubo de microondas-transparente, por exemplo um tubo de quartzo. A permissividade do tubo de quartzo, também afecta a frequência de ressonância. Uma vez que o quartzo tem uma permissividade de&gt; 1, o volume do ressonador é praticamente cilíndrica alargada que leva a uma menor frequência de ressonância. Este fenómeno tem de ser considerado quando as dimensões do ressonador são desenhados cilíndrica. Uma discussão detalhada sobre a forma como a frequência de ressonância é afectada pelo tubo de quartzo inserido pode ser encontrado na referência 23. Se um tubo de quartzo e de longa estendida é utilizado, este pode também actuar como da câmara de reacção para os processos de volume. No entanto, os tratamentos de superfície para o plasma pode também ter uma forma diferente por diferentes tipos de orifícios. O forno é fornecida através de uma guia de onda rectangular a partir do magnetrão. Para evitar a poluição sonora a utilização de um baixo magnetron ripple é recommterminou. O magnetron que é usado no filme é uma baixa ondulação. Para a ignição do plasma do ressonador coaxial de alta qualidade é usado enquanto uma operação estável e contínuo é fornecido pelo ressonador cilíndrica. Para conseguir a ignição do plasma pelo ressonador coaxial de alta qualidade a frequência de ressonância do ressonador este tem de corresponder perfeitamente a frequência das micro-ondas do magnetrão é fornecida por usado. Uma vez que todos os magnetrões não emitem a sua frequência de microondas a exactamente a frequência nominal e uma vez que a frequência é dependente da potência de saída, o magnetrão tem de ser medido com um analisador de espectro. A frequência de ressonância do ressonador coaxial pode ser ajustada movendo o bocal metálico cima e para baixo. Esta frequência de ressonância pode ser medida e, portanto, também ajustado para a frequência de envio do magnetrão utilizado com um analisador de rede. Para chegar ao campo eléctrico de alta na ponta do bocal, necessária para a igniçãodo plasma, é necessário um sintonizador três ramal em adição. Este três sintonizador topo é um componente de microondas utilizada. O sintonizador três esboço é montado entre o maçarico de plasma de microondas e o magnetrão. Após a frequência de ressonância do ressonador coaxial é ajustada, o poder para a frente é maximizada e a potência refletida minimizado pela iteratively ajustando os tocos do sintonizador de três stub. Depois do ajuste da frequência de ressonância do ressonador coaxial, bem como tendo maximizada os poderes para a frente por meio do sintonizador três esboço, o plasma do maçarico de plasma de microondas pode ser inflamada quando o maçarico de plasma de micro-ondas é ligado a um magnetrão. Para a ignição do plasma de um consumo mínimo de energia de microondas de cerca de 0,3 a 1 kW é suficiente. O plasma inflama no ressonador coaxial. Depois da ignição do plasma a frequência de ressonância do ressonador coaxial é deslocada devido à permissividade dieléctrica do plasma e microondas pode nenhumamais penetrar no ressonador coaxial. Assim, os interruptores de plasma de modo coaxial em seu modo cilíndrico muito mais extensas queima livre-situando-se acima do bocal metálico no centro do dispositivo de ressonância cilíndrica. Uma vez que a qualidade do modo cilíndrico é muito baixo e, por conseguinte, apresenta uma curva de ressonância larga, o forno de microondas ainda pode penetrar no ressonador cilíndrica apesar da mudança da frequência de ressonância devido à permissividade dieléctrica do plasma. Assim, um funcionamento contínuo e estável de plasma no modo cilíndrico é fornecido por o maçarico de plasma de microondas. No entanto, para alcançar uma completa absorção da energia de microondas fornecida, os topos do sintonizador três topo tem que ser reajustada. Caso contrário, a energia de microondas fornecida não é completamente absorvida pelo plasma, mas uma percentagem de microondas fornecida é reflectida e absorvida pela carga de água. Para examinar a ignição do plasma no coaxialo modo e, em seguida, a sua transição para o modo cilíndrico prolongado, a ignição do plasma é observado por uma câmara de alta velocidade. O filme apresentado irá mostrar como a dependência do magnetrão frequência é medida, a frequência de ressonância do ressonador coaxial é ajustado, como a potência de entrada seja maximizada e a forma como o plasma é inflamado pela energia de microondas fornecida. A gravação da câmera de alta velocidade também é mostrado.

<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

Este filme mostra como uma tocha de plasma pressão atmosférica podem ser inflamados por energia de microondas sem igniters adicionais. Após a ignição do plasma, uma operação estável e contínua do plasma é possível e o maçarico de plasma pode ser utilizado para muitas aplicações diferentes. Por um lado, a quente (temperatura de 3600 K gás) o plasma pode ser utilizado em processos químicos e, por outro lado, a pós-luminescência frio (temperaturas até quase RT) pode ser aplicada aos processos de superfície. Por exemplo sínteses químicas são processos de volume interessantes. Aqui, o maçarico de plasma de microondas pode ser utilizada para a decomposição de gases residuais que são prejudiciais e contribuem para o aquecimento global, mas que são necessários como gravura gases nos sectores em crescimento da indústria como o ramo de semicondutores. Outra aplicação é a dissociação de CO 2. Energia elétrica excedente a partir de fontes renováveis ​​de energia pode ser usada para dissociar CO 2 para CO e O2. O CO pode ser ainda mais processed de hidrocarbonetos líquidos ou gasosos mais elevados proporcionando assim o armazenamento de energia química, combustíveis sintéticos ou produtos químicos de plataforma para a indústria química. Aplicações de pós-luminescência do maçarico de plasma são o tratamento de superfícies para aumentar a aderência da laca, de cola ou de tinta, e a esterilização ou desinfecção de diferentes tipos de superfícies. O filme irá explicar como inflamar o plasma unicamente por energia de microondas sem igniters adicionais, por exemplo, faíscas elétricas. O maçarico de plasma de microondas é baseada numa combinação de dois ressonadores - um coaxial que fornece a ignição do plasma e um cilíndrico, que garante um funcionamento contínuo e estável de plasma, após a ignição. O plasma pode ser operado em um tubo transparente de microondas durante muito tempo processos de volume ou em forma de orifícios para fins de tratamento de superfície.

<html> Para proporcionar uma ignição de plasma sem quaisquer dispositivos de ignição adicionais assim como uma operação contínua e estável no plasma um ressonador coaxial de alta qualidade com uma frequência de ressonância ajustável foi combinada com uma baixa qualidade do ressonador cilíndrica a uma tocha de plasma de micro-ondas. O esquema desta maçarico de plasma é apresentado na Figura 3. O plasma é confinada num tubo de microondas-transparente, aqui um tubo de quartzo. Este tubo pode ...

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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.

Como inflamar uma pressão atmosférica Microondas Plasma Torch sem qualquer Ignitores adicionais

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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JoVE Journal

Engineering

19.4K visualizações.  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.

Microwave Systems Fotônica Baseado Ressonadores-gallery de modo Whispering

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

Engenharia

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.

Síntese e microdiffraction a pressões e temperaturas extremas

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.

Picoinjection de Microfluidic Drops sem metal Eletrodos

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.

Usando microondas e amostras macroscópicas de dielétricos sólidos para estudar as propriedades fotônicas de desordenados fotônicos Bandgap Materiais

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

Blast Quantification Using Hopkinson Pressure Bars

Near-field blast load measurement presents an issue to many sensor types as they must endure very aggressive environments and be able to measure pressures up to many hundreds of megapascals. In this respect the simplicity of the Hopkinson pressure bar has a major advantage in that while the measurement end of the Hopkinson bar can endure and be exposed to harsh conditions, the strain gauge mounted to the bar can be affixed some distance away. This allows protective housings to be utilized which protect the strain gauge but do not interfere with the measurement acquisition. The use of an array of pressure bars allows the pressure-time histories at discrete known points to be measured. This article also describes the interpolation routine used to derive pressure-time histories at un-instrumented locations on the plane of interest. Currently the technique has been used to measure loading from high explosives in free air and buried shallowly in various soils.

This protocol details the use of Hopkinson pressure bars to measure reflected blast loading from near-field explosive events. It is capable of interpolating a pressure-time history at any point on a reflective boundary and as such can be used to fully characterize the spatial and temporal variations in loading produced.

Explosão Quantificação Usando barras de pressão Hopkinson

Near-field blast load measurement presents an issue to many sensor types as they must endure very aggressive environments and be able to measure pressures ...

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 ...

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.

Uma configuração Plasma Pressão atmosférica para investigar a formação de espécies reativas

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.

Nova aplicação de um jato de Plasma a pressão atmosférica como agente Neuro-protetor contra a lesão induzida por privação de glicose das células SH-SY5Y

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.

Fabricação de pressão atmosférica de grande porte camada única retangular SnSe flocos

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.

Diferenciação de células-tronco nervosas por um One-Step Plasma atmosférico frio tratamento In Vitro

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