Name: evanescent field based photoacoustics: optical property evaluation at surfaces
Uploaded: 2016-07-26T13:00:00
Duration: 10 min 21 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Evanescent Field Based Photoacoustics: Optical Property Evaluation at Surfaces at JoVE.com

Dette projekt blev finansieret af National Science Foundation Brige Award (1.221.019).

1. Opsætning af systemet <ol><li> Brug cyanoacrylat epoxy til at klæbe en 9 mm diameter, 1 mm tyk rød latex gummi cylinder til forsiden af ​​en 10 MHz ultralydtransducer og bruge cyanoacrylat epoxy til at klæbe en 9 mm diameter, 1 mm tyk rød latexgummi cylinder til en 6 mm tyk acryl blok, som derefter epoxied på samme måde til referencen ultralydstransduceren at fungere som en akustisk afstandsstykke. </li><li> Oprette en optisk tog, der har en stråleudvider blive ramt af laseren først. Derefter placere en manuelt justerbar blænde sekunder. Endelig anvender en polariserende strålesplitter terning, som det tredje element og placere den ultrasoniske transducer ikke i prisme indehaveren EFPA og transduceren i prismeholderen den EFPA ved hver udgang af den ikke-polariserende stråledeler. Bemærk: Den polariserende strålesplitter terning bruges til at sikre en ren, enkelt polarisering til excitation da dette er kritisk for korrekt funktionalitet af alle EFPA teknikker. </li><li> Udvid outgoing laserstråle med et objektiv til at skabe en stråleudvider på mindst 3X fra Q-switched Nd: YAG-laser. Bemærk: Bjælken er bevidst overdimensioneret i forhold til latexen gummi absorber på prøven transduceren for at sikre korrekt sensorfunktion trods laserlys gå ud på grund af brydning gennem prisme ved varierende indfaldsvinkler. </li><li> Juster den optiske toget og EFPA prismeholderen sådan, at den flade side af bjerget nærmest prisme vil blive sat til en 0 ° vinkel ved hjælp af en digital niveau. Dette sikrer en korrekt udgangspunkt for vinkelspektrum data, som vil blive indsamlet under forsøgene. </li><li> Tilslut og tænd eksterne enheder såsom oscilloskop, stepper motor driver til computeren, ultralyd transducere, og XY stage motorer. Tilslut fysisk transduceren ikke i EFPA prisme montere til Ch0 og fysisk forbinde transduceren i EFPA prisme mount til Ch1 via 50 ohm BNC kabler. Softwaren er forprogrammeret til at genkende encoustic signaler fra disse specifikke kanaler. </li></ol> 2. EFPA Systeminitialisering og optisk justering <ol><li> Juster manuelt indstillelige åbning til at blokere strålen til en 1 mm diameter. </li><li> Start programmeringssoftware (f.eks LabVIEW), indstille vinklen til 70 ° ved at trykke på den grønne &quot;bevægelse&quot; knappen for at flytte holderen til den vinkel er nødvendig for 70 ° excitation ved prismet / prøve-grænsefladen. </li><li> Brug passende laser sikkerhedsbriller (OD 7+ ved 532 nm), se ind i prismen fra siden vinkelret på laserstrålen og manuelt flytte scenen i X og Y-aksen ved hjælp af håndhjul indtil 1 mm laser spot er fluorescens synlig på gummilatex. Sørg for, at strålen er centreret på latex. </li><li> Udvid manuelt indstillelige blænde til sin maksimale åbning og se på den løbende frontpanel af programmet for at sikre både laser energimåling Photoacoustic signal fra EFPA prisme mount (rød line) og Photoacoustic signal fra laserenergien måling side (hvid linje) er synlige, og er omtrent den samme amplitude. </li><li> Stop programmet ved at trykke på &quot;STOP&quot; -knappen. Bemærk: Hvis knappen ikke er trykket prisme skal være nulstilles manuelt, før du fortsætter testen. Når initialiseringen protokollen er afsluttet, kan udføres TIRPAS, PAS / TIRPAS refraktometri eller OTPAS. </li></ol> 3. TIRPAS Teknik <ol><li> Placer prismet i plast prisme montere adapteren som vist i figur 3. Placér 2,5 pi immersionsolie indeks tilpasset til den type prisme anvendes, på midten af prismet og sandwich olien ved at placere et substrat oven på olielag. </li><li> Placer 25 pi prøve på latexgummi tilsluttet transduceren i EFPA transducermonteringen som vist i figur 3, således at det overtrækker hele overfladen uden bobledannelse. Prøven kanvære ethvert optisk absorberende materiale, såsom en opløsning af farvestof, en biologisk væske eller en analyt suspenderet i en opløsning. Der kræves ingen forberedelse af prøven. Komprimer prisme montere og spænd holderen sammen med monteringsskruer til et sæt moment på 16,75 g / mm for hver skrue. </li><li> Vælg fanen &quot;Setup&quot; og vælg &quot;Setup&quot; på drop-down menuen. </li><li> Kør programmet med titlen OTPAS tynd film analyzer_USB-5133.vi (Supplerende fil). </li><li> Se den akustiske signal genereret af prøven som vist i figur 4. Bemærk: Indfaldsvinklen kan ændres til at styre den optiske indtrængningsdybde kortvarigt felt at observere tyndere eller tykkere optiske sektioner af prøven. </li></ol> 4. PAS / TIRPAS Refraktometri <ol><li> Placer prismet i plast prisme montere adapteren som vist i figur 3. Placér 2,5 pi immersionsolie indeks matcher til den type prisme anvendes, på the midten af ​​prisme og sandwich olien ved at placere et substrat oven på olielaget. </li><li> Placer 25 pi prøve på gummi stykke forbundet til transduceren i EFPA transducerholderen som vist i figur 3. Komprimer prismet monteres og tilspændes holderen sammen med monteringsskruer til et sæt drejningsmoment på 16,75 g / mm for hver skrue. </li><li> Vælg fanebladet &quot;Angular Spectrum&quot; og vælg &quot;Angular Spectrum&quot; på rullemenuen. Dernæst input de relevante parametre i programmet, som vist i tabel 1. </li><li> Kør programmet og vente, indtil den kantede spektrum er afsluttet, og at programmet er slut. </li><li> Højreklik på den kantede spektrum grafen og vælg &quot;Eksporter → Eksporter data til excel&quot; for at gemme data og åbne .csv-filen. <ol><li> Åbn denne data i en graftegning program (f.eks KaleidaGraph), og udføre en numerisk derivat på at klikke på &quot;makroer&quot; og vælge &amp; #34; Derivat &quot;. Indtast de relevante kolonner for at tage differentialkvotienten på, og tryk på&quot; Okay &quot;og den numeriske afledede vil blive beregnet. </li><li> Tegn den numeriske afledede vs. vinkel og vælg &quot;Curve fit&quot;. Vælg &quot;Smooth&quot; valgmulighed 5,18,98 og vælg afkrydsningsfeltet af data under &quot;Curve fit valg&quot; til at passe til at udjævne støj fra dataene. Vælg pil ned under &quot;View&quot; og vælg &quot;Kopier kurvetilpasning til vinduet data&quot; for at udpakke kurve fit data til en anden kolonne. </li></ol></li><li> Manuelt søge gennem kurvetilpasningen at finde den lokale minimum og dens tilsvarende indfaldsvinkel, der angiver en overgang fra PAS til TIRPAS regimer. Dette minimum svarer til den målte kritiske vinkel, som vist i figur 5. Brug af ligningen n prøven = n prisme sin θ c, beregnes den bulkbrydningsindeks af den ukendte prøve på den bølgelængde anvendes til laser forhør. Typiske resultater er vist i tabel 1. </li></ol> 5. OTPAS <ol><li> Placer 2,5 ul immersionsolie (indeks matches til type glas, der anvendes) på midten af ​​prisme. </li><li> Placer film eller substrat, der skal testes film opad (væk fra prismet) og sikre, at der dannes bobler under anbringelsen. Bemærk: Hvis bobler dannes, fjernes prøve film eller substrat og forsøge at foretage ansøgning. </li><li> Placer 25 pi fordybelse olie på latex gummi, så nedsænkning olie frakker hele overfladen uden bobledannelse. </li><li> Komprimere underlaget / filmlag, som vist i figur 3. Spænd monteringsskruerne til et sæt moment på 16,75 g / mm, der skal være ens for hver skrue. Bemærk: Momentnøgle i protokollen er i oz.-in. derfor 16,75 g / mm ~ 15 oz.-in. </li><li> Vælg fanebladet &quot;Angular Spectrum&quot; og vælg &quot;Angular Spectrum&quot; på drop down mændu. Dernæst input de relevante parametre i programmet, som vist i tabel 3. </li><li> Kør programmet og vente, indtil den kantede spektrum er afsluttet, og at programmet er slut. </li><li> Kør testen ved at udføre trin 5,1-5,6 ved anvendelse af substratet eller filmen (alt efter hvad der ikke blev gjort tidligere) som vist i figur 6. </li><li> Vælg &quot;Curve Fitting&quot; i drop down boksen og vælg &quot;Curve fitting&quot; fanen. Dernæst input de relevante parametre som vist i tabel 5. Vælg filmen scanning under &quot;Sample&quot;. Vælg underlaget scanning under &quot;Substrat&quot;. </li><li> Input brydningsindekset, polarisering, og andre muligheder for scanninger tidligere kørt i trin 5.1-5.6, som vist i tabel 4. </li><li> Kør programmet ved at vælge &quot;Curve Fitting&quot; i drop down boksen og vælge &quot;Curve Fitting&quot; fanen. Overhold brydningsindekset og tykkelse under4;. Film RI &quot;og&quot; Tykkelse på filmen &quot;vises øverst til højre i programmets grafiske brugergrænseflade Typiske data er vist i figur 7. </li><li> Brug &quot;Batch fit&quot; mulighed for at passe mange scanninger på en gang ved at indtaste antallet af scanninger til batch pasform og vælge en .csv-fil til output data til og gentag trin 5.10. Bemærk: Når programmet køres det vil passe hvert sæt af data og output alle brydningsindeks, tykkelse, og restværdier til .csv. For at dette skal fungere, skal de scanninger være i en numerisk liste såsom scan_001.csv, scan 002.csv mv </li></ol>

Forfatterne erklærer, at de ikke har nogen konkurrerende finansielle interesser.

The use of devices for the characterization of materials at the nanoscale will undoubtedly continue far into the future in order to produce new materials and combinations of materials to solve difficult and costly societal problems. Many methods such as ellipsometry, atomic force microscopy (AFM), and traditional photoacoustics are currently used to evaluate material properties at the nanoscale despite their inherent limitations due to few alternatives. EFPA shows promise as a consolidated set of techniques that can push beyond the typical limitations of the photoacoustic effect to provide a single instrument to characterize materials at the nanoscale.
The protocol described herein and its associated sub-techniques have the capability to estimate both bulk and thin film refractive indices of a material, film thickness, and have detection capabilities for a variety of biosensing applications. OTPAS specifically has the advantage that it can estimate the thickness and refractive index of nanometer scale films despite the fact that the films themselves do not contain inherently absorbing pigmentation. EFPA as a consolidated set of techniques has a few advantages over techniques such as ellipsometry, atomic force microscopy, and the traditional photoacoustic effect. The first advantage is that EFPA is comparatively inexpensive to set up. A typical EFPA setup can estimate refractive index from both the bulk and surface, can estimate thickness, and can probe absorbing materials and will cost around $5,000 to set up. In contrast, AFM setups cost around $50,000 and cannot estimate optical properties. Secondly, EFPA can estimate these properties within a few minutes without complex interaction such as in ellipsometry where input parameter error can cause differences in results. Finally, EFPA, when compared to the traditional photoacoustic effect, has axial resolution 100X smaller as it can estimate thickness of 200 nm films6 whereas the traditional photoacoustic effect is limited to 7,500 nanometers when using similar lasers and setup82. Conveniently, almost every material has independent and differing surface and bulk refractive index properties as well as absorptive properties, which collectively make for functional differences in their use in optical research systems.
Critical steps within the protocol come down to three primary considerations. First, optical coupling of the sample, whether that be a liquid or a film, is crucial to obtain reliable and repeatable results. Air bubbles within the immersion oil or sample will lead to inaccurate characterization of the thickness, refractive index, and in some cases a complete lack of sensitivity of the transducer to the excited sample owing to the inability of ultrasound to adequately pass through a liquid/air interface due to vastly differing acoustic impedance values. Second, with regard to OTPAS, a sample that is homogeneously thick in the area irradiated by the laser beam in order to provide consistent thickness values during scanning since as of yet EFPA cannot determine thickness differences within the area of excitation. Finally, again with regard to OTPAS, the sample film must be transparent to the wavelength being used. This is a fundamental assumption made in the mathematical equations that describe how OTPAS finds thickness and refractive index values. If absorption is substantial enough that more than 1% of the incident light is absorbed by the film, characterization will not match the real thickness and refractive index values of the film.
Modifications to the EFPA technique can be made with relative ease and other types of components can be substituted in for more effective scans or functionality. The only major issues that have to be addressed when building an EFPA system are the following. First, it is crucial to have a method of automatically rotating a prism mount and acquiring acoustic signals at small (0.05 degree) increments. Second, having a nanosecond pulse width or shorter laser system to excite samples using the photoacoustic effect. Third, having a graphical user interface or program to acquire the data to do mathematical curve fitting and numerical derivatives for estimating thickness and bulk/thin film refractive index.
There are three fundamental limitations to EFPA. The first is that in order to find the bulk refractive index, thin film refractive index, thickness, or detect materials using TIRPAS, the sample must have a refractive index that is less than that of the prism or substrate it is in contact with so that total internal reflection can occur which is the basis of all three of these techniques. The second limitation is that EFPA currently requires physical contact in order to estimate thickness, refractive index, and for detection of properties. The final limitation is that OTPAS, a sub-technique of EFPA, currently requires optically transparent materials to estimate thickness and refractive index of the thin film of interest.
This type of consolidated instrument could find many applications in characterization environments including research cores and industrial environments. Future work regarding EFPA techniques is focused on the improvement of the refractive index accuracy through improvements in instrumentation and translational/rotational stages. Additional advancements will focus around the improvement of signal-to-noise ratio for the detection of smaller quantities of absorbing materials, so as to characterize weakly absorbing materials, as are found most commonly in biological systems.

Fremskridt i forståelsen af optiske materialer 1,3,4,6,7,10,13-16 har givet ny indsigt i skabelsen af tynde film materialer til et væld af optiske enheder, herunder antirefleksionsovertræk på linser, høj ekstinktionsforhold optisk filtre og stærkt absorberende slab bølgeledere 17. Disse fremskridt ville ikke være mulig uden brug af mange karakteriseringsteknikker, såsom ellipsometri 4,6,18, trykvinkel måling, atomic force mikroskopi 7,11,19, og scanning / transmissionselektronmikroskopi, der bistår i iterative forbedring af disse teknologier ved at give direkte foranstaltninger eller indirekte skøn over fundamentale optiske materialeegenskaber. Sagde egenskaber, såsom brydningsindeks, regulerer, hvordan materialerne interagerer med hændelsen fotoner, som direkte påvirker deres funktion og deres anvendelse i optiske anvendelser. Men hver af disse teknikker har begrænsninger vedrørende resolution, prøveforberedelse, omkostninger og kompleksitet, og hver genererer kun en delmængde af de data, der er nødvendige for fuldt ud at karakterisere materialet. Det er sagt, et nyt sæt teknikker, kendt som flygtige feltbaserede photoacoustics (EFPA) 5,6,15,18,20-49 som vist i figur 1, har potentiale til at estimere materialeegenskaber på nanoskala i en konsolideret sæt af eksperimenter. EFPA omfatter sub-teknikker til total intern refleksion Photoacoustic spektroskopi (TIRPAS) 23,25,26,33-35,43-45, Photoacoustic spektroskopi / total intern refleksion Photoacoustic spektroskopi refraktometri (PAS / TIRPAS refraktometri) 18, og optisk tunneling Photoacoustic spektroskopi (OTPAS) 6, og er blevet anvendt til at estimere bulk og tyndfilm brydningsindeks, filmtykkelser, samt at detektere absorberende materialer ved en prisme / prøve eller et substrat / prøve-grænsefladen. For at forstå den EFPA mekanisme, enskal først forstå begrebet Photoacoustic spektroskopi (PAS), som henviser til frembringelsen af ultrasoniske trykbølger af den hurtige termoelastisk udvidelse af en chromophor efter absorptionen af en ultra-kort (&lt;psek) lyspuls (figur 1). Kan fås Teoretisk og matematisk ramme for Photoacoustic effekt diskuteret i dette papir her 50-59. Den resulterende trykændring kan detekteres ved en ultrasonisk mikrofon eller transducer. Den Photoacoustic effekt, oprindelig opdaget i 1880 med opfindelsen af ​​Alexander Graham Bells photophone, var &quot;genopdaget&quot; i begyndelsen af ​​1970&#39;erne på grund af fremskridt inden for laser og mikrofon-teknologi, og til sidst sat i praktisk brug for at fylde nicheanvendelser fra biomedicinsk billeddannelse til tyndfilm analyse til ikke-destruktiv prøvning af materialer. 1,53-57,59-82 Denne virkning kan matematisk beskrevet med endimensionale bølgeligninger, hvor the bølge er en simpel akustisk kilde, hvis tryk (p) varierer i både position (x) og tid (t): <img alt="ligning1" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation1.jpg" /> med løsninger til simple akustiske kilder af formen 64 <img alt="Equation2" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation2.jpg" /> hvor p er trykket, Γ = av r 2 / C p hvor α er rumfanget varmeudvidelseskoefficient, v s er lydens hastighed i mediet, og Cp er varmekapaciteten ved konstant tryk, H 0 er strålingseksponering af laserstrålen, c er lydens hastighed i den exciterede medium, x er længden, og t er tiden. Størrelsen af det resulterende akustiske bølge beror direkte på den optiske absorptionskoefficient af materialet, u a, which er den inverse af den optiske indtrængningsdybde, δ, som igen er et mål for den afstand, som lyset bevæger sig, indtil den henfalder til 1 / e af den oprindelige optiske intensitet. Mens ligning (1) er en generel ligning for en endimensional plan bølge kilde, vil typiske absorbenter udsende en sfærisk akustisk bølge i tre dimensioner. Ud over den matematiske beskrivelse, anvendelser af Photoacoustic virkning 54 span mange afbildningsmodaliteter såsom mikroskopi, tomografi, og selv molekylær billeddannelse på grund af den Photoacoustic virkning med høj følsomhed på grund af den store optiske absorption på grund af den naturligt foreliggende kromofor hæmoglobin. Andre anvendelser af den Photoacoustic effekt omfatter selv estimeringen af forskellige tyndfilm egenskaber 15,16,20,21,24,26-32,36-39,41,42,56,83,84. gør imidlertid PAS har visse begrænsninger: (1) dens omfattende optiske indtrængningsdybde eliminerer evnen til at probe nær-felt optiske egenskaber på overflader (2) dets effektivitet indfange den udsendte akustiske energi er lav på grund af sfærisk formering af størstedelen af ​​den energi væk fra detektoren (3) Prøverne skal omfatte kromoforer i bølgelængdeområdet regime under overvejelse. Når det kombineres med flygtige felt-baserede teknikker, men mange af disse begrænsninger kan lindres. Det flygtige felt opstår, når en lysstråle undergår total intern refleksion (TIR), som beskrevet af Snells lov, hvilken effekt tillader også fiberoptiske bølgeledere til at lede lys store afstande (km) til beregning og telekommunikation applikationer. I praktiske anvendelser, er det flygtige felt anvendes i en række forskellige karakterisering og billeddannende teknologier, herunder svækket total reflektans spektroskopi (ATR). Imaging opnås med høj kontrast på grund af indespærring af lyset til inden for de første få hundrede nanometer i prøven af ​​interesse. Den flygtige felt har form af en exponentially henfaldende felt, der strækker sig ind i eksterne medium til en optisk indtrængningsdybde, der er typisk i størrelsesordenen af ​​bølgelængden, der anvendes (oftest ~ 500 nm eller mindre) som vist i ligning 3 og 4. <img alt="Equation3" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation3.jpg" /> hvor I er lysintensiteten i% ved en placering z fra prismet / prøve-grænsefladen, I 0 er den oprindelige lysintensitet i% ved grænsefladen, z er afstanden i nanometer, og δ p er den optiske indtrængningsdybde som vist i ligning 4. med sådan en lille optisk indtrængningsdybde, den rumligt dæmpede felt er i stand til at interagere med miljøet meget tæt på grænsefladen mellem de to materialer, og et godt stykke under de optiske og akustiske diffraktion grænser. De optiske egenskaber af materialer eller partikler inden for dette område kan forstyrre feltet eller på anden måde ændre sin generation, som interaktion kan detekteres ved en række forskellige metoder 3,5,6,10,15,17,18,21,23,25-27,29-47,84-95. Når flygtige teknikker kombineres med PAS, kan de Photoacoustic bølgeformer produceret anvendes til at karakterisere materialer eller partikler interagerer med flygtige felt, skaber det flygtige felt baseret photoacoustics (EFPA) familie af teknikker, som vist i figur 1. Denne familie omfatter, men er ikke begrænset til, total intern refleksion fotoakustisk spektroskopi (TIRPAS), optisk tunneling fotoakustisk spektroskopi (OTPAS), og overfladeplasmonresonans fotoakustisk spektroskopi (SPRPAS). Den interesserede læser henvises til følgende referencer for afledning af ligningerne anvendes til TIRPAS 5,6,18,23,25,26,33-35,43-47, PAS / TIRPAS refraktometri 18, og OTPAS 6. I hvert tilfælde er Photoacoustic virkning genereres via en anden excitation mekanisme end simpel transmittans gennem et prisme; for eksempel i TIRPAS, lyset er udklingendekoblet gennem et prisme / substrat / prøve-grænsefladen i kromoforerne (hvilket kan omfatte prøvematerialet selv eller gæstemolekyler i prøven), hvorimod i SPRPAS, den primære form for excitation er i stedet gennem absorption af en overflade plasmon, som er en sekundær EM bølge skabes, når energien af ​​det flygtige felt overføres til elektronskyen af ​​et metallag afsat på prismet overflade. Denne familie af teknikker blev oprindeligt opfundet i begyndelsen af 1980&#39;erne af Hinoue et al., Og forbedret af T. Inagaki et al. Med opfindelsen af SPRPAS, men så meget lidt udvikling på grund af tekniske begrænsninger i de lyskilder og tilgængelig sporingsudstyr . For nylig er tidligere undersøgelser vist, at øget følsomhed og nytte er muligt med moderne polyvinylidenfluorid (PVDF) ultrasoniske detektorer og q-switched neodymium-dopede yttrium aluminium granat (Nd: YAG) lasere. Specifikt nanosekund-pulseret Nd: YAGlasere resulterer i en 10 6 gange stigning i den maksimale effekt, som gør det muligt EFPA teknikker til at blive nyttige værktøjer til evaluering af de optiske egenskaber af en række forskellige materialer og grænseflader 5,6,15,18,21-29,31-47,84 , 96. Derudover har tidligere arbejde yderligere vist evnen til sådanne teknikker til at bestemme strukturel information om materialer på en grænseflade, som var tidligere aldrig kan opnås med traditionelle Photoacoustic spektroskopi (PAS) teknologier på grund af deres relativt store indtrængningsdybde 53,55,57,59, 61,62,69,73,75,80,81. Denne evne er vist i protokollerne, der følger under OTPAS teknik; Men på et mere fundamentalt niveau de tre teknikker hver stole på en anden endelig ligning, der bestemmer mulighederne i teknologien. For eksempel i TIRPAS, den optiske indtrængningsdybde flygtige felt, δ &#39;s, driver primært den resulterende akustiskesignalintensitet til en absorberende prøve, og er beskrevet af: <img alt="Equation4" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation4.jpg" /> hvor λ 1 er bølgelængden af lys, der bevæger gennem prisme medium og er defineret ved relationen λ 1 = λ / n1, hvor n 1 er brydningsindekset af prismet materiale. Derudover θ ​​refererer til vinklen for excitation, og n 21 henviser til forholdet af brydningsindekserne af hvert medium og er defineret ved n 21 = n2 / n1, hvor n 2 er brydningsindekset af prøvemateriale. Jo større den optiske indtrængningsdybde, er det mere materiale, der bestråles. For Photoacoustic virkning, jo større den optiske indtrængningsdybde, jo mere materiale bliver exciteret, der kan producere akustiske bølger, der fører til et større akustisk signal. <pclass = &quot;jove_content&quot;&gt; I modsætning TIRPAS dog i PAS / TIRPAS refraktometermetoden den primære ligning er Snells lov: <img alt="Equation5" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation5.jpg" /> hvor n 1 er brydningsindekset af prismet, θ 1 er indfaldsvinklen på prismet / prøve-grænsefladen, n2 er brydningsindekset af prøven, og θ 2 er vinklen af det lys, brydes gennem den anden medium. Følsomheden af estimering brydningsindekset af et materiale er primært drevet af nøjagtigheden af estimeringen af θ 1. I total intern refleksion, som opnås, når θ 1 er ud over den kritiske vinkel, som genererer en rumligt dæmpede felt, sin θ 2 = 1 og derfor ligning 5 reducerer til 2 = n 1 sinθ 1. (Bemærk: θ 1 =θ kritisk) Kendskab den vinkel, hvor den numeriske differentialkvotient (dP / dθ hvor P er spids til spids spændingen af Photoacoustic signal og θ er indfaldsvinklen af lyset med prøven) af det Photoacoustic signal har en lokal minima tillader til estimering af θ 1, der tillader brugeren at løse for n 2 og således estimere bulkbrydningsindeks af en prøve, som vist i figur 1. Endelig i OTPAS følgende ligning vedrører optisk transmission i% til Photoacoustic spids til spids spænding ved at: <img alt="Equation6" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation6.jpg" /> hvor T er den procentvise optiske transmission, p er peak-to-peak spænding genereres af vinkelspektrum af et substrat med en film på det, s 0 er top-til-spids spænding genereres af vinkelspektrum ofa substrat, β er koblingskonstanten baseret på brydningsindekset for prisme og immersionsolie, α er dæmpningsfaktoren, og er en faktor, der omfatter tykkelsen og brydningsindekset af prøven film inden den flygtige felt. Følsomheden af denne teknik til tykkelse og brydningsindeks er drevet af nøjagtigheden af estimering mellem toppene akustiske signalintensiteter, p og p 0 ved hver indfaldsvinklen i vinkelspektrum. Det er blevet vist, at β kan beregnes direkte på grundlag af brydningsindekserne af prisme og nedsænkning olie; følgelig er det en ligetil opgave at beregne den optiske transmission ved hver indfaldsvinkel og derefter udtrække et estimat for brydningsindekset og tykkelsen af ​​filmen gennem statistiske kurvetilpasning analyse. Den interesserede læser henvises til Goldschmidt et al. For mere information. 5,6 Than EFPA system er et Photoacoustic baseret system, der kan estimere tykkelse, tynd film brydningsindeks, bulkbrydningsindeks, og generering af akustiske signaler gennem optiske absorption til detektering. Systemet består af en laser, en optisk tog lede lys til prismet / prøve og til laserenergien måling side. Laserenergien måling side anvendes til at normalisere Photoacoustic signal til den indfaldende laser energi som vist i figur 2. Den EFPA Systemet drives af en stepmotor driver til at rotere prismet / prøve til den vinkelmæssige spektre i PAS / TIRPAS refraktometriske og OTPAS . Systemet indsamler data via en digital erhvervelse kortet og tilvejebringer en brugergrænseflade og automatiseret stadium kontrol gennem en i hus program.

&#160;
<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="31">
			<td height="31" style="height:31px;width:216px;">100 mm plano convex lens</td>
			<td style="width:71px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">LA1509</td>
			<td style="width:167px;">Plano convex lens for beam expander</td>
		</tr>
		<tr height="31">
			<td height="31" style="height:31px;width:216px;">-30 mm plano concave lens</td>
			<td style="width:71px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">LC2679</td>
			<td style="width:167px;">Plano concave lens for beam expander</td>
		</tr>
		<tr height="61">
			<td height="61" style="height:61px;width:216px;">10 MHz Ultrasonic transducers</td>
			<td style="width:71px;">Harisonic</td>
			<td style="width:119px;">I31006T</td>
			<td style="width:167px;">Ultrasonic sensors used for photoacoustic detection, both for laser energy measurement and for OTPAS mount</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="41" rowspan="2" style="height:41px;width:216px;">Immersion oil Type A</td>
			<td rowspan="2" style="width:71px;">Cargille</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;">16482</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">Index of 1.519 to match that of NBK-7 substrates</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="18">
			<td height="39" rowspan="2" style="height:40px;width:216px;">Natural latex rubber sheet (red)</td>
			<td rowspan="2" style="width:71px;">McMastercarr</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;">86085K11</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">Index ~1.519 to match that of Type A immersion liquid to act as an optical absorber to measure optical tunneling and laser energy</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;width:216px;">Laser goggles</td>
			<td style="width:71px;">VERE</td>
			<td style="width:119px;">53</td>
			<td style="width:167px;">Used to protect eyes from laser light</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="41" rowspan="2" style="height:41px;width:216px;">Cage mounted non polarizing beam splitter cube</td>
			<td rowspan="2" style="width:71px;">Thorlabs</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;">CM1-BS013</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">Split laser light so that one half can be measured and one half can be used for excitation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="41" rowspan="2" style="height:41px;width:216px;">Cage mounted polarizing beam splitter cube</td>
			<td rowspan="2" style="width:71px;">Thorlabs</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;">CM1-PBS251</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">Ensure light is polarized before being used for optical tunneling experiments</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="41" rowspan="2" style="height:41px;width:216px;">Graduated ring activated iris diaphragm</td>
			<td rowspan="2" style="width:71px;">Thorlabs</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;">SM1D12C</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">Cut beam down to a smaller size for alignment</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="31">
			<td height="31" style="height:31px;width:216px;">Data acquisition card</td>
			<td style="width:71px;">National Instruments</td>
			<td style="width:119px;">USB-5133</td>
			<td style="width:167px;">USB oscilloscope to acquire data</td>
		</tr>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:46px;width:216px;">Stepper motor driver</td>
			<td style="width:71px;">National Instruments</td>
			<td style="width:119px;">MID-7604</td>
			<td style="width:167px;">Stepper motor driver to drive stepper motors for angular spectra</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="41" rowspan="2" style="height:41px;width:216px;">Sherline XY stage (14&#8221;)</td>
			<td rowspan="2" style="width:71px;">Sherline</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;">5600-CNC/5610-CNC</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">Sherline XY stage</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="41" rowspan="2" style="height:41px;width:216px;">4-jaw self centering chuck</td>
			<td rowspan="2" style="width:71px;">Sherline</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;">1076/1034</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">Sherline rotational attachment</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="41" rowspan="2" style="height:41px;width:216px;">Right angle attachment</td>
			<td rowspan="2" style="width:71px;">Sherline</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;">3701</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">Right angle attachment to attach rotational mount</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="41" rowspan="2" style="height:41px;width:216px;">CNC rotary table</td>
			<td rowspan="2" style="width:71px;">Sherline</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;">8730</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">Rotary table for holding OTPAS prism/sample</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="41" rowspan="2" style="height:41px;width:216px;">Surelite I-20 laser system</td>
			<td rowspan="2" style="width:71px;">Continuum</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;">I-20</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">Q-switched Nd:YAG laser for exciting samples</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="41" rowspan="2" style="height:41px;width:216px;">NBK-7 prism</td>
			<td rowspan="2" style="width:71px;">Thorlabs</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;">PS911</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">Right angle prism for EFPA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="41" rowspan="2" style="height:41px;width:216px;">Adjustable torque wrench</td>
			<td rowspan="2" style="width:71px;">Tohnichi</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;">RTD40Z</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">Adjustable torque wrench to equally tighten down the EFPA mount for each technique to 16.75 g/mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="41" rowspan="2" style="height:41px;width:216px;">Digital level</td>
			<td rowspan="2" style="width:71px;">Micromark</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;">84519</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">Digital level to ensure EFPA prism holder starts at 0 degrees.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
	</tbody>
</table>

evanescent field based photoacoustics: optical property evaluation at surfaces

Here, we present a protocol to estimate material and surface optical properties using the photoacoustic effect combined with total internal reflection. Optical property evaluation of thin films and the surfaces of bulk materials is an important step in understanding new optical material systems and their applications. The method presented can estimate thickness, refractive index, and use absorptive properties of materials for detection. This metrology system uses evanescent field-based photoacoustics (EFPA), a field of research based upon the interaction of an evanescent field with the photoacoustic effect. This interaction and its resulting family of techniques allow the technique to probe optical properties within a few hundred nanometers of the sample surface. This optical near field allows for the highly accurate estimation of material properties on the same scale as the field itself such as refractive index and film thickness. With the use of EFPA and its sub techniques such as total internal reflection photoacoustic spectroscopy (TIRPAS) and optical tunneling photoacoustic spectroscopy (OTPAS), it is possible to evaluate a material at the nanoscale in a consolidated instrument without the need for many instruments and experiments that may be cost prohibitive.

Resultaterne er blevet vist for TIRPAS, PAS / TIRPAS refraktometri og OTPAS, der er de subtechniques i EFPA platformen. Figur 4 viser en repræsentative TIRPAS akustisk bølge genereret fra en absorberende prøve. Den bipolære karakter af den akustiske bølge er karakteristisk for TIRPAS teknik og indikerer, at TIRPAS forekommer. Denne bipolar bølgeform opstår på grund af den akustiske refleksion ved grænsefladen mellem prøven og glassubstratet grundet en stor forskel i akustisk impedans. For PAS / TIRPAS refraktometri Figur 5 og tabel 1 blev opnået. Figur 5 viser vinkelspektrum og numerisk derivat opnået for en prøve under afprøvning til at estimere bulkbrydningsindeks. Tabel 1 viser resultaterne af anvendelse af PAS / TIRPAS refraktometri at estimere bulkbrydningsindeks af en vand / PEG / Direkte rødt farvestof blanding som virksomrød til bulkbrydningsindeks estimat anvendelse af en standard håndholdt refraktometer. Endelig OTPAS resultater vist i figur 7 og tabel 2. Figur 7 viser to tal i kantede scanninger, der er taget i løbet OTPAS. Tabel 2 viser en sammenligning mellem OTPAS og spektroskopisk ellipsometri af de samme tynde filmprøver. <img alt="figur 1" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig1.jpg" /> Figur 1. Subtechnologies af EFPA. EFPA øjeblikket består af tre forskellige sub-teknologier. Disse teknologier er TIRPAS, PAS / TIRPAS refraktometri og OTPAS. Hver teknik kan vurdere materialer at udlede eller bestemme forskellige egenskaber. TIRPAS registrerer materialer baseret på deres optiske absorption til biosensorer formål, vurderer PAS / TIRPAS refraktometri bulkbrydningsindeks, og OTPAS vurderer tyndfilm brydningsindeks end tykkelse. I TIRPAS, lyset ud over den kritiske vinkel θ c skaber et kortvarigt felt, der kan generere en akustisk bølge efter interaktion med et optisk absorber. I PAS / TIRPAS refraktometri er begge TIRPAS og PAS kurver opnået fra både flygtige felt Photoacoustic excitation og traditionel Photoacoustic excitation. Ved at plotte disse to ordninger på en kantet spektrum graf, kan overgangsperioden vinkel observeres, som derefter kan bruges til at udlede brydningsindekset. Endelig i OTPAS, er et spektrum af akustiske signaler opnået med laser bestråling ud over den kritiske vinkel θ c for både en tynd film på et substrat og et bart substrat. Ved at anvende en ikke-lineær kurve-fitting algoritme til dataene, den tynde film tykkelse og brydningsindeks kan udledes. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig1large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> . Figur 2. EFPA skematiske / foto Venstre: For at opsætte EFPA laserstrålen skal udvides til at overfylde sensing område, som latex gummi. Strålen skal i første omgang være på en 45-graders vinkel til prisme som vist. Til højre:. Foto af opsætningen viser den optiske toget <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig2large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig3.jpg" /> Figur 3. Prøve loading. Prøver er fyldt med prismet gør optiske kontakt via immersionsolie til substratet. I TIRPAS eller PAS / TIRPAS refraktometri, er direkte flydende kontakt opnås med prøven på underlaget til test. I OTPAS, den optiske kobling throUH yderligere immersionsolie mellem substratet og røde latexgummi muliggør optisk tunneling at forekomme. Holderen derefter spændt sammen ved hjælp af en momentnøgle og monteringsskruer. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig3large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig4.jpg" /> Figur 4. TIRPAS typiske data. TIRPAS bølgeformer typisk har en bipolar akustisk signal udseende, der er karakteristisk for TIRPAS metoden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig4large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 5" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig5.jpg" /> Figur 5. PAS / TIRPAS typiske data. &lt;/ Strong&gt; Venstre: vinkelspektrum data, der er opnået ved bestråling af prøven ved forskellige indfaldsvinkler. Højre: Numerisk derivat af venstre figur, der viser et lokale minimumsværdier som angiver overgangen fra PAS til TIRPAS regimer, som igen svarer til positionen af ​​den kritiske vinkel. Genoptrykt med tilladelse. 18 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig5large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig6.jpg" /> Figur 6. Program rutediagram. Programmet køres i et par iterative trin. Prismet mount er sat til nul grader, og derefter parametre vælges før du kører programmet. Derefter programmet køres til at erhverve en kantet spektrum af både et substrat og en film. Endelig er en kurve er tilpasning til dataene for at estimere filmen brydningsindeks og tykkelse. Genoptrykt med tilladelse. 6 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig6large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 7" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig7.jpg" /> . Figur 7. OTPAS typiske data Venstre: Denne figur viser de kantede spektrum scanninger af en MgF2 film og en N-BK7 substrat hhv. Til højre: Ved at dividere MgF2 film kantet spektrum scanning af N-BK7 substrat scanning og multiplicere med en konstant faktor beta, kan der opnås grad af optisk tunneling (%) vs. indfaldsvinklen, som giver mulighed for estimering af refraktive indeks og tykkelsen af den tynde film. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig7large.jpg" target="_blank">klik her for at se en større version af dette tal.</a> <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> PAS / TIRPAS </td><td> prøve 1 </td><td> prøve 2 </td><td> prøve 3 </td><td> prøve 4 </td><td> prøve 5 </td><td> Atago R-5000 </td></tr><tr><td> Direkte rød / PEG 125 ug / ml </td><td> 1,395 </td><td> 1,395 </td><td> 1,395 </td><td> 1,395 </td><td> 1,395 </td><td> 1,395-1,397 </td></tr><tr><td> Direkte rød / PEG 250 pg / ml </td><td> 1,39 </td><td> 1,39 </td><td> 1,39 </td><td> 1,39 </td><td> 1,39 </td><td> 1,390-1,396 </td></tr><tr><td> Direkte rød / PEG 500 ug / ml </td><td> 1,388 </td><td> 1,389 </td><td> 1,389 </td><td> 1,389 </td><td> 1,389 </td><td> 1,381-1,395 </td></tr><tr><td> Direkte rød / PEG 750 ug / ml </td><td> 1,382 </td><td> 1,382 </td><td> 1,387 </td><td> 1,387 </td><td> 1,387 </td><td> 1,372-1,395 </td&gt; </tr><tr><td> myoglobin 460 ug / ml </td><td> 1,33 </td><td> 1,329 </td><td> 1,331 </td><td> 1,33 </td><td> 1,331 </td><td> 1,335 </td></tr></tbody></table> Tabel 1. PAS / TIRPAS resultater. Følgende tabel viser typiske resultater for Direct Red farvestof med 50% PEG blandedes i at hæve brydningsindekset. Genoptrykt med tilladelse. 18 <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> Test typen </td><td> Teknik </td><td> Film typen </td><td> brydningsindeks </td><td> Tykkelse (nm) </td></tr><tr><td> Intrasample </td><td> OTPAS </td><td> MgF2 200 nm </td><td> 1,384 ± 0,004 </td><td> 203 ± 6 </td></tr><tr><td> Intrasample </td><td> ellipsometry </td><td> MgF2 200 nm </td><td> 1,393 ± 0,001 </td><td> 192,4 ± 1,1 </td></tr><tr><td> Intersample </td><td> OTPAS </td><td> MgF2 200 nm </td><td> 1,395 ± 0,011 </td><td> 220 ± 19 </td></tr><tr><td> Intersample </td><td> ellipsometri </td><td> MgF2 200 nm </td><td> 1,392 ± 0,002 </td><td> 195,2 ± 1,8 </td></tr></tbody></table> Tabel 2. OTPAS resultater. Nedenstående tabel viser typiske resultater for 200 nm MgF2 tynde film i OTPAS vs. spektroskopiske ellipsometri. Intrasample refererer til afprøvning af en enkelt film ti gange, mens intersample refererer til test af ti film selvstændigt. Genoptrykt med tilladelse. 6 <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> # Af gennemsnit </sTrong&gt; </td><td fo:width="0.6in" style="width:40px"> 1 </td><td> Start vinkel </td><td fo:width="0.6in" style="width:35px"> 60 </td><td> Warmup (min) </td><td style="width:90px"> 0 </td><td style="width:90px"> Brydningsindeks (prisme) </td><td> 1,519 </td></tr><tr><td> # scanninger </td><td> 1 </td><td> trinstørrelse </td><td> 0,1 </td><td> Gem til </td><td> &quot;Yourfilename&quot; .csv </td><td> Microstep # </td><td> 10 </td></tr><tr><td> Set Q-switch </td><td> 275 </td><td> Stop vinkel </td><td> 80 </td><td> Laser vælge </td><td> Surelite </td><td> Velocity (rpm) </td><td> 500 </td></tr><tr><td> Fejl tolerance (%) </td><td> 5 </td><td> Laser opstart </td><td> på </td><td> Lavpasfilter (progvædder) </td><td> 1,00 x 10 7 </td><td> Acceleration (RPS) </td><td> 200 </td></tr></tbody></table> Tabel 3. Kantede spektrum indstillinger til PAS / TIRPAS refraktometri. Nedenstående tabel viser de indstillinger, der er nødvendige for en kantet spektrum i PAS / TIRPAS refraktometri. <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> # Af gennemsnit </td><td fo:width="0.6in" style="width:40px"> 64 </td><td> Start vinkel </td><td fo:width="0.6in" style="width:35px"> 70 </td><td> Warmup (min) </td><td style="width:90px"> 1 </td><td style="width:90px"> Brydningsindeks (prisme) </td><td> 1,519 </td></tr><tr><td> # scanninger </td><td> 1 </td><td> trinstørrelse </td><td> 0,1 </td><td> Gem til </td><td> &quot;Yourfilename &amp;# 8221; .csv </td><td> Microstep # </td><td> 10 </td></tr><tr><td> Set Q-switch </td><td> 275 </td><td> Stop vinkel </td><td> 72 </td><td> Laser vælge </td><td> Surelite </td><td> Velocity (rpm) </td><td> 500 </td></tr><tr><td> Fejl tolerance (%) </td><td> 5 </td><td> Laser opstart </td><td> på </td><td> Lavpasfilter (program) </td><td> 1,00 x 10 7 </td><td> Acceleration (RPS) </td><td> 200 </td></tr></tbody></table> Tabel 4. Kantede spektrum indstillinger for OTPAS. Nedenstående tabel viser de indstillinger, der er nødvendige for en kantet spektrum i OTPAS. <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td style="width:65px"> Lavere brydningsindeks </td><td> 1 &lt;/ Td&gt; <td style="width:72px"> Tolerance </td><td> 1,00 x 10 -12 </td><td style="width:80px"> coupler RI </td><td style="width:83px"> 1,519 </td><td style="width:65px"> substrat data </td><td style="width:83px"> Vælg yourfilename.csv </td></tr><tr><td> Lavere tykkelse </td><td> 0 nm </td><td> Brydningsindeks gæt </td><td> 1.3 </td><td> Bølgelængde </td><td> 532 nm </td><td> Flere filer gemme til </td><td> Vælg yourfilename.csv </td></tr><tr><td> Øvre tykkelse </td><td> 1.000 nm </td><td> tykkelse gæt </td><td> 200 nm </td><td> Polarisering </td><td> P polariseret </td><td> Hvor mange filer </td><td> # Af filer, du ønsker at passe </td></tr><tr><td> Max iteration </td><td> 5.000 </td><td> substratRI </td><td> 1,519 </td><td> Film data </td><td> Vælg yourfilename.csv </td><td> Type af fit </td><td> Single fit / Batch fit </td></tr></tbody></table> Tabel 5. kurvetilpasning parametre. Nedenstående tabel viser kurven montering parametre, der er nødvendige for korrekt parameter estimering. Supplerende Kode Fil:. OTPAS tynd film analyzer_USB-5133.vi <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/OTPAS_Thin_Film_Analyzer_USB-5133.vi" target="_blank">Klik her for at downloade denne fil.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Evanescent Field Based Photoacoustics: Optical Property Evaluation at Surfaces at JoVE.com

Evanescent Field Based Photoacoustics: Optical Property Evaluation at Surfaces

Her præsenterer vi en protokol til at estimere materiale og overflade optiske egenskaber ved hjælp af Photoacoustic effekt kombineret med total intern refleksion. Denne teknik flygtige feltbaserede photoacoustics kan anvendes til at skabe et fotoakustisk målesystem at estimere materialernes tykkelser, bulk- og tyndfilm brydningsindeks, og undersøge deres optiske egenskaber.

Kortvarigt felt Baseret Photoacoustics: Optisk Property Evaluering ved Overflader

Here, we present a protocol to estimate material and surface optical properties using the photoacoustic effect combined with total internal reflection. ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Opdigte Metamaterialer Brug af Fiber Tegning Method

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Sondering og kortlægning elektrodeoverflader i Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors

Udvikling af Whispering Gallery mode Polymere Micro-optiske elektrisk felt-følere

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The ...

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Fremstilling af Nano-manipuleret ledende gennemsigtige Oxider af Impuls Laser Deposition

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces

High-speed Particle Billede Velocimetri nærheden Surfaces

Multi-dimensional and transient flows play a key role in many areas of science, engineering, and health sciences but are often not well understood. The ...

Experimental Measurement of Settling Velocity of Spherical Particles in Unconfined and Confined Surfactant-based Shear Thinning Viscoelastic Fluids

Eksperimentel måling af afregningshastigheden af sfæriske partikler i udefinerede og begrænsede overfladeaktive-baserede Shear Thinning Vicoelastic Fluids

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

Selektiv Area Ændring af Silicon overfladebefugtelighed af Pulsed UV laser Bestråling i Liquid Miljø

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Simulation of Human-induced Vibrations Based on the Characterized In-field Pedestrian Behavior

Simulering af Menneske-induceret Vibrations Baseret på Karakteriseret In-field Fodgænger Behavior

For slender and lightweight structures, vibration serviceability is a matter of growing concern, often constituting the critical design requirement. With ...

Effect of Bending on the Electrical Characteristics of Flexible Organic Single Crystal-based Field-effect Transistors

Effekt af bøjning på Elektriske Karakteristik af Flexible Økologisk Single Crystal-baserede felteffekttransistorer

The charge transport in an organic semiconductor depends highly on the molecular packing in the crystal, which influences the electronic coupling ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) -baseret metode til kvantitativ evaluering af fremadrettet og bagudlysudspredning fra intraokulære linser

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...