Bu proje Ulusal Bilim Vakfı tarafından ve İLETİŞİM programı aracılığıyla Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı tarafından kısmen desteklenmiştir.

1. Sensör Tasarımı ve Üretimi <ol><li> Bir ya da daha çok entegre edilmiş boşlukları (ya da &quot;kanallar&quot;) ile bir paralel plaka dalga kılavuzu tasarlar. Şekil 1 ve 2&#39;ye bakınız. Geometri önceki yayınlarda 8,9 verilen dayalı veya özel belirli bir uygulama için tasarlanmış olabilir. Aşağıdaki genel yol gösterici ilkeler önerilmektedir: <ol><li> Levha Aralığı: Bu deneyde, 1 mm bir levha aralık özel optik gerek kalmadan TE1 moduna etkili bir akuplaj için kullanılır. Ayrıca ilgi frekanslarda tek modlu yayılım sağlar. Diğer plaka mesafeleri kullanırken, çok modlu yayılım, dağılım ve kaplin verimliliği dikkate alınmalıdır. </li><li> Paspayı: Bu plaka aralıklı dielektrik ayırıcılar kullanılarak korunur. Çok düzgün kalınlığında küçük cam parçaları mükemmel spacers yapmak - bizim durumumuzda, biz paramparça mikroskop lamı gelen çömlek kullanmak, 1 mm + / bir kalınlığa sahip olan - 3 mikron. </li&gt; <li> Levha boyutu: plakaları kendileri girişi kirişe kıyasla sonsuz olarak kabul edilebilecek kadar geniş olmalıdır. (Bizim durumumuzda, bir 1.2 cm kiriş için 4.75 cm.) Her plaka kalınlığı cildin derinlemesine daha kalın olması gerekir ve kalın levhalar (&gt; 1 cm) dalga üstünde veya altında geçen enerji olasılığını azaltmak için tavsiye edilir ve dedektör ulaştı. Yayılma uzunluk oluk en az iki uzak giriş ve çıkış yüzleri kendi genişliği, ancak dispersiyon en aza düşürmek için yeterli olmalıdır. </li><li> Alt plaka geometrisi: oluk hemen hemen uzanır (fakat tam olarak değil) plakanın tüm genişliği yiv kolay erişim sağlamak için, alt dalga plakası, üst plaka önemli ölçüde daha geniş olmalıdır. (Bakınız Şekil 1) Bu, çok daha kolay erişim ve oluk doldurma düzeyinin izlenmesi için yapar. </li><li> Vidalar: üst ve alt plaka Hem vida dalga tutmak için takılmış olabilir, böylece bir uzantısı varoluklar veya yayılma yolu da engellemekle olmadan birlikte rehberlik. Iyi değil ise (Bakınız Şekil 1) alt plakası delikleri diziliyor. </li><li> Boşluk Geometri: oluk için tasarım diğer faktörlerin yanı sıra, istenen rezonans frekansı, istenen çizgi kalınlığı ve seçilen plaka aralığı bağlıdır. Bu çok dar ya da çok sığ oluklar için fabrikasyon teknikleri sınırlamaları dikkate almak önemlidir. Kanallı algılama için Çoklu oluklar ek gereksinimler 10 var. </li><li> Oluksuz Versiyon: bir oluk olmadan, her bakımdan özdeş bir tasarım, aynı zamanda, bir referans olarak kullanılmak üzere, imal edilmiş olmalıdır. </li></ol></li><li> Dalga Fabrikasyon işleme yapılabilir. Önemli: Özellikle giriş yüzünde, levhaların kenarlarını künt yoktur. Yuvarlatılmış kenarlar, güvenlik nedenlerinden dolayı bir çok atölyenin standart uygulama vardır ama giriş yüzünde yuvarlak kenar sinyali deforme olacak. </li><li> MontajProsedür. İki levha imal edildikten sonra, bu dalga kılavuzu içine monte edilmelidir. <ol><li> İki düz yüzeyler birbirine dik olan bir yapı oluşturmak için bir L-braket veya diğer düz nesneleri kullanın. Yatay yüzeye alt plakası yerleştirin ve dikey yüzeye karşı floş basın. , Mümkün olduğunca vida deliklerini (vida başına iki, her tarafta bir tane) yakın oluk engellemeye veya giriş yüzü ötesine için dikkatli olarak dielektrik pulu yerleştirin. </li><li> Dikkatlice dikey yüzeye karşı üst plaka floş yerleştirin ve alt plaka ve pullar üzerinde oturmak için aşağı doğru kaydırın. Iki tabak, dikey yüzey hizada vidaları yerleştirin Holding. Alternatif desen aşamalı onları vidalayın. Bu işlem bir mükemmel düz giriş yüz ve düzgün plaka aralığı ile bir dalga kılavuzu yol açar. </li></ol></li></ol> 2. Deneysel Aparatı Bu protokol kullanıcı ha varsayarBir iletim-geometri Terahertz zaman domeni spektrometre (bizim durumumuzda, Picometrix T-Ray 4000 yılında) ve s erişim frekans etki alanına dönüştürüyor time-domain dalga ve Fourier elde aşinadır. <ol><li> Konfokal Yapılandırma. Zaten mevcut değil ise, dört lens yolunun orta noktasında dar bir odak noktası vermek üzere bir konfokal yönde ışın yolu içine dahil edilmelidirler. </li><li> Odak noktasında bir açıklık yerleştirin. Diyafram dalga kılavuzu vasıtasıyla dışında yayılmasını tüm radyasyonu engellemek için yeterince büyük olmalıdır. Diyafram boyutu (bizim durumumuzda, 12 mm) dalga yayılan ışın boyutunu belirleyecektir. </li><li> Sıra açıklık ile temas giriş yüzü ile ve optik ekseni ile olabildiğince yakın bir şekilde hizalanmış dalga kılavuzu yayma ekseni ile, diyafram hemen arkasında dalga kılavuzu. Burada uyum önemlidir - yansımaları, kesme ve rezonans frekansları dağılım, varyasyon, ve i diğerssues dalga yanlış hizalama nedeniyle ortaya çıkabilir. YİNELENEBİLİR YERLEŞTİRME sağlamak için güvenli bir tutucu kullanın. </li><li> Şırınga sahibi: o ucu yivli hizalanacak şekilde yerine şırınga tutan bir yapıya sahip olmak yararlıdır. Bunu yaparak elinize şırınga hareketi nedeniyle dolgu hataları olasılığını azaltabilir. </li></ol> 3. Örnek Hazırlanması <ol><li> Prosedür Temizleme: dalga kılavuzu sökün. Denemeden artıkları temizlemek için uygun bir çözücü içinde iyice dalga iki tabak yıkayın. Basınçlı hava ile kurutun. 1.3 gibi monte edin. </li><li> Şırınga hazırlanması. En iyi sonuçlar için, biz çapraz bulaşmayı önlemek için her malzeme için farklı bir şırınga kullanarak öneririz. Bu mümkün olmadığında, şırınga da aynı solvent ile temizlenir. </li><li> Test edilecek olan sıvı ile uygun dolgu hacmi için şırınga doldurun. Herhangi bir kabarcıklarını yok etmek için çalışın. </li></ol><ol><li> (2.3) &#39;deki gibi olan aparat içindeki oluksuz referans dalga kılavuzu yerleştirin. Oluksuz dalga bir referans dalga atın, sonra çıkarın. Bu time-domain spektrometre sinyalin uzun vadeli istikrar bağlı olarak, her deneysel oturumu sırasında yalnızca her birkaç saatte bir kez gereklidir. </li><li> Aygıtı içinde temiz bir yivli dalga kılavuzu yer olarak (2.3) &#39;de açıklanan </li><li> Boş yivli dalga için bir dalga atın. NOT: Bu dalga çıkarılıp temizlenir her zaman yapılmalıdır. Sökme çıkarma işlemi ve dalga geometrisi içinde çok küçük değişikliklere yol açabilir. Bu varyasyonlar boş ve dolu oluklar değil gözlenen değişimin mutlak rezonans frekansı etkileyecektir, bu nedenle her &quot;tam&quot; ölçüm vardiya hesaplamak için kendi &quot;boş&quot; başvuru gerektirir. </li><li> DALGAKILAVUZU HAREKETLİ OLMADAN, tutucu içinde doldurulmuş şırınga koydu. Yavaşça tutarak, oluk doldurunhava kabarcığı veya taşma, dolgu iyi olduğunu izleyebilirsiniz. (Doğru dolgu miktarını belirlemek için nasıl tartışma kısmında tarif edilmektedir.) Başka bir dalga formu al. </li><li> Sistem birden fazla kanal varsa, oluk doldurma ve istediğiniz gibi dalga almaya devam. </li><li> (Adım 3 gibi) dalga çıkarın ve temizleyin. </li><li> Gerektiği kadar tekrarlayın. En iyi sonuçlar için, her numune için birkaç veri setleri hatayı azaltmak için tavsiye edilir. </li></ol> 5. Temsilcisi Sonuçlar Bu dalga Veri analizi basittir ve frekans etki alanına dönüştürmek için deneycinin zamanki teknikleri takip edebilirsiniz. Gibi Şekil 3&#39;de verilmiştir gibi Frekans spektrumu sonuçlanmalıdır. Bunlar Şekil 4 gibi güç iletim spektrumu elde etmek için referans dalga ile karesi ayrılabilir. Boş ve dolu dalga kılavuzları için rezonanslarının çizgi kalınlığı ve merkez frekansı m olabilirBu spektrumları easured veya Lorentz uyar doğruluğunu artırmak için yapılabilir. Sıvı neden rezonant kayma sadece boş ve dolu dalga kılavuzları için rezonanslarının gözlenen merkez frekansları arasındaki farktır. Bir kırılma indisi ölçüm için bu dönüştürmek için, vardiya ve UR ​​arasındaki ilişki kurulmalıdır. Bu bilinen endeksi örnekleri ile bu prosedürü izleyerek veya hesaplama bilinen endeksi 9, veya analitik kullanarak örnekleri ile dolu oluk simülasyonları modu-eşleme teknikleriyle 8 yaparak deneysel olarak yapılır edebilirsiniz. RI eğri göre bir kayma kurulduktan sonra, bilinmeyen numunelerin RI doğru ölçümleri yapılabilir. Bu işlem sırasında oluşabilecek birkaç belirli hataları vardır. Kabarcıklar veya oluk doldurma hatalar her sa için birden fazla veri setleri tavsiye neden olan, gürültülü veya yanlış veriler oluşabilirmateryal mple. Başka bir hata sık kaynağının dalga kılavuzları yerleştirme bulunmaktadır. Ve algılayıcı referans dalga kılavuzları tam olarak aynı hizada yer alırsa, yansıma veya başka bir eşya için aynı olacak ve transmisyon spektrum bölgesinin dışında böler. Hizalama hafifçe kapalı ise, yansımalarını bölmek değildir ve zil (bazı küçük zil Şekil 4&#39;te görülebilir) transmisyon spektrumları olarak görülecektir. Bu veri geri almak için arzu edilmez ise, yansıma ortaya çıkmadan önce, zaman alan düzeltme dalga formu ile bu zil bertaraf etmek mümkündür, ancak bu büyük spektral çözünürlük ve dolayısıyla kırılma indisi çözünürlük hem de sınırlıdır azaltır. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig1.jpg" /> Şekil 1. Işaretlenmiş ilgili bölümleri ile dalga kılavuzunun Fotoğraf. Oluk e uzamaz unutmayınntire uzunluğu ya da dalga ve yapının genişliği montaj donanımını oluk veya radyasyon yayılma yolunu tıkayabilir olmayacak şekilde tasarlanmıştır. <img alt="Şekil 2," src="/files/ftp_upload/4304/4304fig2.jpg" /> Şekil 2. Oluklu dalga kılavuzu şematik. <img alt="Şekil 3" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig3.jpg" /> Şekil 3,. Bu durumda (a) Örnekleme frekansı referans dalga kılavuzu için spektrumları (siyah), herhangi bir sıvı dolgu (mavi) ile yivli dalga kılavuzu, ve sıvı ile yivli dalga kılavuzu, tetradekan (kırmızı). TE 1 ve TE <samp>3</samp> propagasyon modları için kesim frekansları gösterilir gibi su buharı emme hatları vardır. Boş ve tam oluklu dalga kılavuzları için rezonanslarının (b) Closeup. <img alt="Şekil 4," src=&quot;/ Files/ftp_upload/4304/4304fig4.jpg&quot; /&gt; Boş ve dolu oluklu dalga kılavuzları için Şekil 4. Güç iletimi spektrumları. İki rezonans özellikleri arasındaki frekans farkı kırılma indisi ile ilgilidir rezonans shift (hızındaki) &#39;dir.

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

Çıkar çatışması ilan etti.

Bu, test altındaki sıvının kırılma indisi geniş bir bant genişliği üzerinde, sadece kavite rezonans frekansında kararlı değildir edildiği hususu not edilmelidir. Bu birkaç farklı avantajları vardır. Bizim ölçümler karakterizasyon amaçlı genişbant Terahertz kaynak kullanımı yaptık rağmen ilk, bir de sadece sınırlı bir frekans tunability derecesi, daha az pahalı olabilir bir yaklaşım ve tek frekanslı THz kaynağı ile eşdeğer bir algılama sistemi inşa edebileceğini daha kompakt. İk...

<table border="1"><tbody><tr><td> Reaktif Adı </td><td> Şirket </td><td> Katalog numarası </td><td> Yorumlar (isteğe bağlı) </td></tr><tr><td> 10 ul şırınga </td><td> Hamilton </td><td> 80314 </td><td> Yüksek hassasiyetli şırınga </td></tr><tr><td> Sıvı alkanlar </td><td> Acros Organics </td><td></td><td> Kalibrasyon ve test için Örnekler </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Hiçbir özel ekipman gereklidir. Uygun test materyalleri ve solventler deneycinin takdirine bırakılmıştır. Bu yordamda kullanılan yüksek hassasiyetli şırıngalar aşağıdaki tabloda listelenen, ancak deneyci gelişmiş doğruluk için dijital şırıngalar gibi farklı bir hacim veya tasarım şırıngalar, kullanmak isteyebilirsiniz. Bu deneyde kullanılan deney alkanlar de listelenir. </td></tr></tbody></table>

terahertz microfluidic sensing using a parallel-plate waveguide sensor

Kırılma indeksi (RI) algılama gibi interferometreler ve rezonatörler 1,2 mümkün sensör tasarımları geniş bir yelpazesi ile mikroakışkan örneklerin belirlenmesi, tespiti ve izlenmesi için güçlü bir noninvaziv ve etiket ücretsiz algılama tekniğidir. Mevcut UR çoğu algılama uygulamaları, DNA hibridizasyon ve genom dizileme gibi görünür ve IR frekansları, sulu çözeltilerde biyolojik maddeler odaklanmak. Terahertz frekanslarda, uygulamalar apolar maddeler içeren endüstriyel süreçler ve algılama ve algılama uygulamaları izleme, kalite kontrol içerir. Terahertz rejimin kırılma endeksi sensörler için birçok potansiyel tasarımlar paralel plakalı dalgakılavuzları 5 entegre fotonik kristal dalga kılavuzları 3, asimetrik bölünmüş halka rezonatörler 4 ve fotonik band aralığı yapıları da dahil olmak üzere, mevcut. Bu tasarımların çoğu bu tür yüzük gibi optik rezonatörler dayanmaktadırveya boşluklar. Bu yapıların rezonans frekansları rezonatör olarak veya çevresinde malzemenin kırılma endeksi bağlıdır. Rezonans frekansındaki değişimler izlenerek bir numunenin kırılma indeksi ölçülebilir ve bu da vb, kirlenme veya seyreltme izlemek, bir malzeme tanımlamak için kullanılır Burada kullandığımız sensör tasarımı basit bir paralel plakalı dalga 6,7 dayanmaktadır. Dikdörtgen şeklinde bir oluk rezonant kavite (Şekil 1 ve 2) gibi bir yüzeyi hareket işlenmiştir. Terahertz radyasyonu en düşük seviyeli çapraz-elektrik (TE 1) modunda dalga kılavuzu içine yayılır ve birleştiğinde, sonuç oluk 6,8 geometrisine bağlı olan bir ayarlanabilir rezonans frekansı ile tek bir kuvvetli rezonant bir özelliktir. Bu oluk sıvı miktarına bağlıdır gözlenen rezonans frekansında bir değişikliğe neden apolar sıvı mikroakışkan örnekleri ile dolu olabiliroluk ve kırılma indisi 9 uid. Prosedürü bir temiz oda ya da herhangi bir özel fabrikasyon veya deneysel teknikler için gerek kalmadan standart laboratuar ekipmanları ile gerçekleştirilebilir yana Bizim tekniği, sadeliği, hem imalat ve uygulanmasında diğer Terahertz teknikleri üzerinde bir avantaja sahip. Ayrıca kolayca 10 çoklu kanallar ile birleşmesiyle tarafından kanallı operasyon genişletilebilir. Bu videoda sensör tasarımı, veri analizi ve numune kırılma indisi tayini için, bizim tam deneysel prosedür anlatacağız.

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

Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

Bir yivli paralel plaka dalga geometrisine göre Terahertz frekansları için bir kırılma endeksi algılayıcı uygulanması için işlem burada tarif edilmektedir. Yöntem dalga yapısının rezonans frekansındaki kaymalar izlenmesi yoluyla sıvı küçük bir hacim kırılma indeksi ölçümü verir

Paralel plaka Waveguide Sensor Kullanımı Terahertz Mikroakışkan Algılama

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

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

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Electrical Engineering

Engineering

Unit 1

Power Transformers

SCIENTISTS IN ACTION

10.7K Görüntüleme.  Rice University. Bir yivli paralel plaka dalga geometrisine göre Terahertz frekansları için bir kırılma endeksi algılayıcı uygulanması için işlem burada tarif edilmektedir. Yöntem dalga yapısının rezonans frekansındaki kaymalar izlenmesi yoluyla sıvı küçük bir hacim kırılma indeksi ölçümü verir

Video: Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on photoconduction, which has been one of the most commonly used techniques for terahertz generation 1-8. Terahertz generation in a photoconductive emitter is achieved by pumping an ultrafast photoconductor with a pulsed or heterodyned laser illumination. The induced photocurrent, which follows the envelope of the pump laser, is routed to a terahertz radiating antenna connected to the photoconductor contact electrodes to generate terahertz radiation. Although the quantum efficiency of a photoconductive emitter can theoretically reach 100%, the relatively long transport path lengths of photo-generated carriers to the contact electrodes of conventional photoconductors have severely limited their quantum efficiency. Additionally, the carrier screening effect and thermal breakdown strictly limit the maximum output power of conventional photoconductive terahertz sources. To address the quantum efficiency limitations of conventional photoconductive terahertz emitters, we have developed a new photoconductive emitter concept which incorporates a plasmonic contact electrode configuration to offer high quantum-efficiency and ultrafast operation simultaneously. By using nano-scale plasmonic contact electrodes, we significantly reduce the average photo-generated carrier transport path to photoconductor contact electrodes compared to conventional photoconductors 9. Our method also allows increasing photoconductor active area without a considerable increase in the capacitive loading to the antenna, boosting the maximum terahertz radiation power by preventing the carrier screening effect and thermal breakdown at high optical pump powers. By incorporating plasmonic contact electrodes, we demonstrate enhancing the optical-to-terahertz power conversion efficiency of a conventional photoconductive terahertz emitter by a factor of 50 10.

We describe methods for the design, fabrication, and experimental characterization of plasmonic photoconductive emitters, which offer two orders of magnitude higher terahertz power levels compared to conventional photoconductive emitters.

Plasmonik Foto iletken Terahertz Vericiler Tasarımı, İmalatı ve Deneysel Karakterizasyonu

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

Mühendislik

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.

Nasıl Rotor Gauges Spinning için Vakum İlkbahar-taşıma Paketi kurmak için

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.

Terahertz Metamalzemeler de Yerdeğiştirme Akımı aracılığı Rezonansları için Nanopillar Tabanlı Bölünmüş Yüzük Rezonatörler Fabrikasyon

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.

Femtosecond lazer filamentler alt Diffraction sınırlı görüntüleme ve Uzaktan algılama kullanmak için

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.

Silikon uçlu Fiber Optik algılama peron ile yüksek çözünürlüklü ve hızlı tepki

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.

Taze Eksire Lendirilen Meme Kanseri Tümörleri için Terahertz Görüntüleme ve Karakterizasyon Protokolü

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.

Taşınabilir DownToTen Örnekleme Sistemi Kullanılarak Alt-23 Nanometre Gerçek Sürüş Parçacık Numarası Emisyonlarının Ölçülmesi

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.

Eklem Değerlendirmesi için Çatlak Yayılımının Mekanoluminesan Görselleştirilmesi

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

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

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

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

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

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

Düşük maliyetli, fiber bağlantılı ve hava aralıklı Fabry-Pérot etalon imalatı

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

Kapasitif Basınç Algılama için Mikroakışkan Kanal Tabanlı Yumuşak Elektrotlar

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

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

Yazar Spotlight: Mikroakışkan Kanal Tabanlı Yumuşak Elektrotlar ve Kapasitif Basınç Algılamada Uygulamaları  

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

Mikroakışkan Kanal Bazlı Yumuşak Elektrotlar ve Kapasitif Basınç Algılamada Uygulamaları

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