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

פרויקט זה מומן על ידי פרס הקרן הלאומית למדע Brige (1,221,019).

1. הגדרת המערכת <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש cyanoacrylate אפוקסי לדבוק בקוטר 9 מ&quot;מ, 1 גליל גומי לטקס אדום עבה מ&quot;מ על הפנים הקדמי של מתמר אולטראסאונד אחד 10 MHz ולהשתמש אפוקסי cyanoacrylate לדבוק בקוטר 9 מ&quot;מ, 1 מ&quot;מ גליל גומי לטקס אדום עבה על 6 מ&quot;מ עובי בלוק אקרילי אשר לאחר מכן epoxied באותו אופן כדי מתמר התייחסות קולי לשמש spacer אקוסטית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת רכבת אופטית בעל הרחבת קרן מפגיעת הליזר ראשונה. אז במקום שני צמצם מתכווננת באופן ידני. לבסוף להשתמש בקוביית קרן splitter הקיטוב כגורם השלישי ומניחים מתמר אולטראסאונד לא במחזיק פריזמה EFPA ואת מתמר בעל פריזמה EFPA בכל פלט של ספליטר הקורה הלא מקטב. הערה: קוביית הקרן splitter הקיטוב משמשת כדי להבטיח קיטוב טהור, יחיד עבור עירור כמו זו היא קריטית התפקוד התקין של כל טכניקות EFPA. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרחב את outgoing קרן ליזר באמצעות עדשות ליצור הרחבה קורית של 3X לפחות מן ND הממותגת q: YAG ליזר. הערה: אלומת האור נופח בכוונה לעומת בולם לטקס הגומי על המתמר מדגם על מנת להבטיח תפקוד חיישן נכון למרות אור ליזר יורדים בשל שבירה דרך הפריזמה בזוויות שונות של שכיחות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את הרכבת האופטית בעל פריזמה EFPA כך הצד השטוח של ההר קרוב הפריזמה יוגדר זווית 0 ° באמצעות רמה דיגיטלית. הדבר מבטיח נקודת התחלה נכונה עבור נתוני הספקטרום זוויתי כי ייאספו במהלך הניסויים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר וכוח על התקנים חיצוניים כגון נהג מנוע אוסצילוסקופ, צעד למחשב, מתמר הקולי, ומנועים בשלב XY. פיזית לחבר את המתמר לא הפריזמה EFPA הר אל Ch0 ופיזי לחבר את מתמר הפריזמה EFPA הר אל CH1 באמצעות 50 כבלי אוהם BNC. התוכנה מתוכנת להכיראותות coustic מהערוצים הספציפיים האלה. </li></ol> 2. אתחול מערכת EFPA ומערך אופטי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באופן ידני להתאים את הצמצם מתכווננת כדי לחסום את הקורה כדי בקוטר 1 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את תוכנת תכנות (למשל, LabVIEW), לקבוע את הזווית עד 70 מעלות על ידי לחיצה על הכפתור הירוק &quot;מהלך&quot; כדי להזיז את ההר לזווית הכרחית 70 ° עירור על ממשק פריזמה / המדגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות משקפי מגן לייזר המתאים (OD 7+ ב 532 ננומטר), לבדוק את הפריזמה מהצד בניצב קרן הלייזר באופן ידני להעביר את שלב צירי X ו- Y. באמצעות הגלגלים ביד עד המקום לייזר 1 מ&quot;מ הוא fluorescently גלוי על לטקס גומי. ודא כי הקרן מרוכזת על הלטקס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרחב את הצמצם מתכווננת באופן ידני הפתיחה המקסימלית שלה ולהסתכל על הלוח הקדמי ריצה של התוכנית כדי להבטיח הן את האות photoacoustic מדידה לייזר אנרגיה מן-ההר פריזמה EFPA (l אדוםine) ואת אות photoacoustic מצד מדידת ליזר אנרגיה (הקו הלבן) גלוי והם בערך באותו משרעת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לעצור את התוכנית על ידי לחיצה על כפתור &quot;STOP&quot;. הערה: אם הלחצן אינו לחוץ הפריזמה יצטרך להיות לאפס ידני לפני המשך הבדיקות. לאחר פרוטוקול האתחול הושלם, TIRPAS, PAS / TIRPAS refractometry, או OTPAS יכול להתבצע. </li></ol> טכניקה 3. TIRPAS <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את הפריזמה של פריזמה פלסטיק הר מתאם כפי שמוצג באיור 3. בשלב הבא, במקום 2.5 μl של מדד נפט טבילה מותאם לסוגים של פריזמה בשימוש, על גבי במרכז הפריזמה הכריך השמן על ידי צבת מצע על גבי שכבת שמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים 25 μl של המדגם על גומי לטקס מחובר מתמר מתמר EFPA הר כפי שמוצג באיור 3, כך שהוא מצפה את כל פני השטח ללא היווצרות בועה. המדגם יכוללהיות כל חומר אופטי הקולטת כגון פתרון של צבע, נוזל ביולוגי, או אנליטי מרחפי פתרון. אין הכנה של המדגם הוא זקוק. דחיסת הפריזמה הר והדק בהר יחד עם הרכבת ברגים כדי מומנט סט של 16.75 גר &#39;/ מ&quot;מ עבור כל בורג. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר בכרטיסייה &quot;הגדרות&quot; ובחר &quot;הגדרות&quot; בתפריט הנפתח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את התוכנית זכאי OTPAS analyzer_USB-5133.vi סרט דק (קובץ משלים). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצג את הצליל האקוסטי שנוצר על ידי המדגם כפי שמוצג באיור 4. הערה: זוית הפגיעה יכולה להיות שונה כדי לשלוט על עומק החדירה האופטי של שדה החלוף להתבונן חלקים אופטיים דקים או עבים של המדגם. </li></ol> 4. PAS / TIRPAS Refractometry <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את הפריזמה של פריזמה פלסטיק הר מתאם כפי שמוצג באיור 3. בשלב הבא, במקום 2.5 μl של מדד נפט טבילה מותאם לסוגים של פריזמה בשימוש, על המרכז הדואר של הפריזמה כריך השמן על ידי הצבת המצע על גבי שכבת שמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים 25 μl של המדגם על חתיכת גומי המחובר מתמר מתמר EFPA הר כפי שמוצג באיור 3. דחיסת הפריזמה הר והדק בהר יחד עם הרכבה הברגים כדי מומנט סט של מ&quot;מ 16.75 g / לכל בורג. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר בכרטיסייה &quot;ספקטרום זוויתי&quot; ובחר &quot;ספקטרום זוויתי&quot; על התפריט הנפתח. בשלב הבא, להזין את הפרמטרים המתאימים לתוכנית כפי שמוצג בטבלה 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את התכנית ולהמתין עד ספקטרום זוויתי הושלם והתכנית הסתיימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קליק ימני על גרף הספקטרום זוויתי ובחר &quot;נתוני יצוא יצוא → להצטיין&quot; כדי לשמור את הנתונים ולפתוח את קובץ ה- csv. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח הנתונים אלה תכנית גרפים (למשל, KaleidaGraph), ולבצע נגזרת מספרית על לחיצה עליו על &quot;פקודות מאקרו&quot; ובחירה &amp; #34; נגזרים &quot;. קלט בעמודות המתאימות לקחת הנגזר ביום ולחץ&quot; אוקיי &quot;ושל הנגזר המספרי יחושבו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גרף הנגזר המספרי לעומת זווית ובחר &quot;Curve לנכון&quot;. בחר באפשרות &quot;החלקה&quot; 5,18,98 ובחר את תיבת הסימון של הנתונים תחת &quot;בחירות בכושר Curve&quot; כדי להתאים להחליק רעש מהנתונים. בחר את החץ למטה תחת &quot;תצוגה&quot; ובחר &quot;עקומה העתק חלון נתונים&quot; כדי לחלץ את הנתונים עקומים עמודה נוספת. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באופן ידני לחפש את העקומה למצוא את המינימום המקומי והזווית המקבילה שלה של שכיחות המצביע על מעבר מן PAS למשטרי TIRPAS. מינימום זה תואם את הזווית הקריטית נמדדת, כפי שמוצג באיור 5. שימוש במדגם n המשוואה = n ג θ חטא פריזמה, לחשב את מקדם שבירת הארי של מדגם לא הידוע על הגלאורך המשמש לחקירת ליזר. תוצאות אופייניות מוצגות בלוח 1. </li></ol> 5. OTPAS <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח 2.5 μl של שמן טבילה (מדד המתאים לסוג הזכוכית בשימוש) על מרכז הפריזמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את הסרט או מצע להיות למעלה בצד סרט הנבדק (מן הפריזמה) ולהבטיח כי אין בועות נוצרות במהלך השמה. הערה: אם בועות יוצרים, להסיר סרט מדגם או מצע ולנסות לבצע את בקשה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים 25 μl של שמן טבילה על גומי לטקס כך המעילים שמן טבילה את כל פני השטח ללא היווצרות בועה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דחיסת שכבות המצע / הסרט כפי שמוצג באיור 3. הדקו את הברגים גובר מומנט סט של 16.75 גר &#39;/ מ&quot;מ כי חייב להיות זהה עבור כל בורג. הערה: מפתח מומנט בפרוטוקול נמצא oz.-in., ולכן 16.75 גר &#39;/ מ&quot;מ ~ 15 oz.-in. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר בכרטיסיית &quot;ספקטרום זוויתי&quot; ובחר &quot;ספקטרום זוויתי&quot; על נפתח גבריםu. בשלב הבא, להזין את הפרמטרים המתאימים לתוכנית כפי שמוצג בטבלה 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את התכנית ולהמתין עד ספקטרום זוויתי הושלם והתכנית הסתיימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רץ שוב את הבדיקה על ידי ביצוע צעדים 5.1-5.6 באמצעות מצע או הסרט (לפי שלא נעשה בעבר) כפי שמוצג באיור 6. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר &quot;Curve Fitting&quot; הנפתח תיבה ובחר בכרטיסיית &quot;התאמת עקומות&quot;. בשלב הבא, להזין את הפרמטרים המתאימים כפי שמוצג בטבלה 5. בחר את הסריקה הסרט תחת &quot;לדוגמא&quot;. בחר את סריקת המצע תחת &quot;תשתית&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזן את המקדם השביר, קיטוב, ואפשרויות אחרות עבור הסריקות לרוץ בעבר בצעדים 5.1-5.6 כפי שמוצגים בטבלה 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את התכנית על ידי בחירה &quot;עקומים הולמים&quot; הנפתחת תיבה והבחירה בכרטיסייה &quot;העקומה ההולמת&quot;. שים את מקדם השבירה ועובי תחת4;. הסרטים RI &quot;ו&quot; עובי של הסרט &quot;שמוצגת בפינה הימנית העליונה של ממשק המשתמש הגרפי של התוכנית נתונים אופייניים מוצג באיור 7. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש באפשרות &quot;תצווה בכושר&quot; כדי להתאים סריקות רבות בו-זמנית על ידי הזנת מספר הסריקות כדי להתאים תצווה ובחירת קובץ ה- csv פלט את הנתונים וחזרו על שלב 5.10. הערה: לאחר התכנית מנוהלת זה יתאים כל קבוצה של נתונים ופלט כל המדד, העובי השביר, וערך שייר אל csv. כדי שזה יעבוד, הסריקות חייבות להיות ברשימה מספרית כגון scan_001.csv, 002.csv סריקה, וכו &#39; </li></ol>

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

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.

התקדמויות בהבנת חומרים אופטיים 1,3,4,6,7,10,13-16 סיפקו תובנות חדשות על יצירה של חומרים סרט דק עבור שורה של מכשירים אופטיים, כולל ציפויים antireflection על עדשות, יחס הכחדה גבוהה אופטי מסננים, ו -17 בגלבו לוח קולטת מאוד. הפיתוחים האלה לא יהיה אפשרי ללא שימוש בטכניקות אפיון רבים, כגון ellipsometry 4,6,18, מדידת זווית המגע, מיקרוסקופ כוח אטומי 7,11,19, וכן במיקרוסקופ אלקטרונים סורק / שידור, אשר מסייעים בשיפור איטרטיבי של טכנולוגיות אלה על ידי מתן אמצעים ישירים או עקיפות הערכות של תכונות חומר אופטיות יסוד. אמר תכונות, כגון המקדם השביר, להסדיר את האופן שבו חומרי אינטראקציה עם פוטוני אירוע, אשר משפיע על התפקוד שלהם ישירות והשימוש בם יישומים אופטיים. עם זאת, כל הטכניקות האלה יש מגבלות הנוגעות resolution, הכנת מדגם, עלויות ומורכבות, וכל אחד מייצרים רק קבוצת משנה של הנתונים הדרושים כדי לאפיין את החומר במלואו. עם זאת, קבוצה חדשה של טכניקות, המכונה photoacoustics שדה מבוססי חלוף (EFPA) 5,6,15,18,20-49 כפי שמוצג באיור 1, הוא בעל פוטנציאל להעריך תכונות החומר הננומטרי בתוך המאוחדים קבוצה של ניסויים. EFPA מקיף את-טכניקות משנה של ספקטרוסקופיה photoacoustic החזרה גמורה (TIRPAS) 23,25,26,33-35,43-45, ספקטרוסקופיה photoacoustic / refractometry ספקטרוסקופיה פנימית מוחלטת השתקפות photoacoustic (PAS / TIRPAS refractometry) 18, ו photoacoustic מנהור אופטי ספקטרוסקופיה (OTPAS) 6, ויש בו נעשה שימוש כדי להעריך בתפזורת ואת מקדם שבירת סרט דק, עובי סרט, כמו גם לזהות אמצעי סופגים בכל ממשק פריזמה / מדגם או מצע / מדגם. על מנת להבין את מנגנון EFPA, אחדצריך קודם להבין את המושג של ספקטרוסקופיה photoacoustic (PAS), אשר מתייחסת לדור של גלי לחץ קוליים על ידי ההתרחבות המהירה thermoelastic של chromophore, בעקבות הספיגה של דופק אולטרה קצר (&lt;μsec) אור (איור 1). מסגרת תיאורטית ומתמטית להשפעת photoacoustic שנדון במאמר זה ניתן להשיג כאן 50-59. השינוי וכתוצאה מכך לחץ יכול להיות מזוהה על ידי מיקרופון או מתמר אולטראסאונד. ההשפעה photoacoustic, במקור גילה בשנת 1880 עם המצאת פוטופון של אלכסנדר גרהם בל, היה &quot;מחדש&quot; בתחילת שנות ה -1970 בשל התקדמות לייזר וטכנולוגיה מיקרופון, ובסופו של דבר הוכנס לשימוש מעשי למלא יישומי נישה מהדמיה ביו סרט דק ניתוח בדיקות ללא הרס של חומרים. 1,53-57,59-82 השפעה זו יכולה להיות מתוארת מתמטית עם משוואות גלים חד ממדיות, שבו הגל הדואר הוא מקור אקוסטי פשוט שאת הלחץ (p) משתנה בשני עמדה (x) וזמן (t): <img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation1.jpg" /> עם פתרונות עבור מקורות אקוסטי פשוט של טופס 64 <img alt="Equation2" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation2.jpg" /> כאשר p הוא הלחץ, Γ = αv של 2 / C p שבו α הוא מקדם התפשטות תרמית נפח, v s הוא ממהירות הקול בטווח הבינוני, ו- C p הוא קיבול חום בלחץ קבוע, H 0 הוא החשיפה קורן של קרן לייזר, c הוא מהירות הקול בטווח הבינוני נרגש, x הוא אורך, ו t הוא הזמן. סדר הגודל של גל אקוסטי וכתוצאה מסתמך ישירות על מקדם הקליטה האופטי של החומר, מיקרון a, which הוא ההופכי של עומק החדירה האופטי, δ, שהוא בתורו מדד של מרחק האור נוסע עד שהוא דועך 1 / e של העוצמת האופטית הראשונית שלה. בעוד משוואה (1) היא משוואה כללית מקור גל מישורים חד ממדיים, בולמים טיפוסיים, פולט גל אקוסטי כדורי בשלושה ממדים. מעבר התיאור המתמטי, יישומים של שיטות הדמיה רבות span 54 אפקט photoacoustic כגון מיקרוסקופיה, טומוגרפיה, ואפילו הדמיה מולקולרית בשל אפקט photoacoustic שיש רגישות גבוהה בשל הקליטה האופטית הגדולה בשל המוגלובין כרומופור באופן טבעי. יישומים אחרים של האפקט photoacoustic אפילו כוללים להערכת נכסי סרט דקים שונים 15,16,20,21,24,26-32,36-39,41,42,56,83,84. עם זאת, PAS יש מגבלות מסוימות: (1) עומק החדירה אופטית הנרחב שלה מבטל את היכולת לחקור שדה ליד תכונות אופטיות ב משטחים (2) זההיעילות של של לכידת האנרגיה האקוסטית הנפלטת היא נמוכה בשל ריבוי הכדורי של רוב האנרגיה מן הגלאי (3) דגימות חייבות לכלול chromophores במשטר הגל נדון. בשילוב עם טכניקות שדה מבוססי חלוף, אולם, רבים של מגבלות אלה יכולים להשתפר. שדה החלוף מתרחש כאשר קרן האור עוברת השתקפות הפנימית המוחלט (TIR), כפי שתואר על ידי חוק סנל, המשפיע גם מאפשר בגלבו סיבים אופטי להנחות מרחקים גדולים אור (קילומטר) עבור יישומי חישוב ותקשורת. ביישומים מעשיים, שדה החלוף משמש במגוון טכנולוגיות אפיון הדמיה, כולל ספקטרוסקופיה החזרה הכולל מוחלשים (ATR). הדמיה מושגת עם ניגודיות גבוהה בשל סגירתם של האור בתוך מאה ננומטרים הראשונים לתוך המדגם של עניין. שדה החלוף לובש צורה של exponentially המתפורר שדה המשתרע לתוך המדיום חיצוני עומק החדירה אופטי כי הוא בדרך כלל בסדר גודל של אורך הגל בשימוש (בדרך כלל ~ 500 ננומטר או פחות) כפי שמוצג משוואות 3 ו -4. <img alt="Equation3" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation3.jpg" /> איפה אני נמצא את עוצמת האור% בכל z מיקום מממשק פריזמה / המדגם, אני 0 הוא את עוצמת האור הראשוני% על הממשק, z הוא המרחק ננומטר, ו- p δ הוא עומק החדירה אופטי כמוצג במשוואה 4. עם עומק חדירה אופטי קטן כזה, שדה החלוף הוא מסוגל לקיים אינטראקציה עם הסביבה קרובה מאוד לממשק של שני החומרים, והרבה מתחת גבולות השבירה האופטיים ואקוסטי. התכונות האופטיות של חומרים או חלקיקים בטווח זה עלול להפריע בתחום או אחרת לשנות דור שלה, אשר האינטראקציה ניתן להבחין באמצעות מגוון שיטות 3,5,6,10,15,17,18,21,23,25-27,29-47,84-95. כאשר טכניקות חלוף משולבים עם PAS, צורות גל photoacoustic המיוצר יכול לשמש כדי לאפיין חומרים או חלקיקים באינטרקציה עם שדה חלוף, יוצרים את photoacoustics מבוסס-שדה חלוף (EFPA) משפחה של טכניקות, כפי שמוצג באיור 1. משפחה זו כוללת, אבל אינו מוגבל, ספקטרוסקופיה photoacoustic פנימית השתקפות כוללת (TIRPAS), ספקטרוסקופיה photoacoustic מנהור האופטי (OTPAS), ותהודת plasmon משטח ספקטרוסקופיה photoacoustic (SPRPAS). הקורא המעוניין לעיין בהערות הבאות עבור לנגזרות של המשוואות המשמשות 5,6,18,23,25,26,33-35,43-47 TIRPAS, PAS / TIRPAS refractometry 18, ו OTPAS 6. בכל מקרה, השפעת photoacoustic מופקת באמצעות מנגנון עירור שונה מאשר העברה פשוטה דרך פריזמה; למשל, ב TIRPAS, האור הוא evanescentlyמצמיד באמצעות ממשק פריזמה / מצע / מדגם לתוך chromophores (אשר יכול לכלול חומר המדגם עצמו, או מולקולות אורח בתוך המדגם), ואילו SPRPAS, במצב של העירור העיקרי הוא במקום דרך הקליטה של ​​plasmon שטח, המהווה גל EM משני נוצר כאשר האנרגיה של שדה החלוף מועברת לתוך ענן האלקטרונים של שכבת מתכת שהונחה על פני שטח פריזמה. המשפחה של טכניקות זה הומצא במקור בשנות ה -1980 המוקדמות על ידי Hinoue et al., ומשופר על ידי ט Inagaki et al. עם המצאת SPRPAS, אך נעשו עבודות פיתוח מעט מאוד בשל מגבלות טכניות של מקורות אור ציוד איתור זמין . לאחרונה, חקירות קודמות הראו כי רגישות מוגברת וקהילה אפשריות עם פלואוריד polyvinylidene המודרני (PVDF) גלאי אולטרא נופך אלומיניום איטריום מסומם ניאודימיום q הממותגת: לייזרים (Nd YAG). באופן ספציפי, שבריר שני-פעם Nd: YAGלייזרים לגרום 10 6 גידול של פי החשמל בשעות שיא הצריכה, המאפשר טכניקות EFPA להיות כלים שימושיים להערכת התכונות האופטיות של מגוון חומרים וממשקים 5,6,15,18,21-29,31-47,84 , 96. בנוסף, מחקרים קודמים נוספים הוכיחו את היכולת של טכניקות כאלה כדי לקבוע מידע מבני על חומרי ממשק, שהיה בעבר לא בר השגה עם טכנולוגיות ספקטרוסקופיה photoacoustic המסורתית (PAS) בשל עומק החדירה הגדול יחסית שלהם 53,55,57,59, 61,62,69,73,75,80,81. יכולת זו מוצגת בפרוטוקולים הבאים תחת טכניקת OTPAS; עם זאת, ברמה בסיסית יותר בשלוש טכניקות כל להסתמך על משוואה סופית שונה, אשר קובע את היכולות של הטכנולוגיה. לדוגמה, ב TIRPAS, את עומק החדירה אופטי של שדה חלוף, δ &#39;עמ, בעיקר שמניע את אקוסטי וכתוצאה מכך<html> עוצמת אות על מדגם קולט, והוא מתואר על ידי: <img alt="Equation4" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation4.jpg" /> שם λ 1 הוא אורך הגל של האור העובר המדיום פריזמה מוגדר על ידי היחס λ 1 = λ / n 1 שבו n 1 הוא מקדם השבירה של החומר פריזמה. בנוסף, θ מתייחס לזווית של עירור, ו n 21 כולל את היחס בין המדדים השבירים של כל בינוני מוגדר על ידי n 21 = n 2 / n 1, שבו n 2 הוא מקדם השבירה של החומר המדגם. ככל שעולה עומק החדירה האופטי, חומר יותר מתבצע מוקרן. לקבלת האפקט photoacoustic, את עומק החדירה האופטי גדול, החומר יותר לריגוש שיכול לייצר גלים אקוסטיים שמובילים אות אקוסטי גדולה. class = &quot;jove_content&quot;&gt; בניגוד TIRPAS אולם, ב PAS / TIRPAS refractometry המשוואה העיקרית היא חוק סנל: <img alt="Equation5" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation5.jpg" /> כאשר n 1 הוא מקדם השבירה של המנסרה, θ 1 היא זוית פגיעה על ממשק פריזמה / מדגם, n 2 הוא מקדם השבירה של המדגם, ואת θ 2 הוא הזווית של האור משתקפת הדרך השנייה בינוני. הרגישות של אמידת מקדם השבירה של החומר הוא מונע בעיקר על ידי דיוק של אמידת θ 1. החזרה גמורה, אשר מושגת כאשר θ 1 הוא מעבר לזווית הקריטית אשר יוצר שדה חלוף, חטא θ 2 = 1 ולכן, משוואה 5 מקטין ל n 2 = n 1 sinθ 1. (הערה: θ 1 =θ קריטי) ידיעת הזווית שבה הנגזר המספרי (DP / dθ כאשר P הוא שיא ​​מתח שיא של האות photoacoustic ו θ היא הזווית של שכיחות של אור עם המדגם) של האות photoacoustic יש ומינימום מקומי מאפשר לאמידת θ 1 המאפשר למשתמש לפתור עבור n 2 ובכך להעריך את מקדם השבירה עיקר מדגם כפי שמוצג באיור 1. לבסוף, ב OTPAS, המשוואה הבאה מתייחסת תמסורת אופטית ב% לשיא photoacoustic למתח שיא ידי: <img alt="Equation6" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation6.jpg" /> שם T הוא התמסורת האופטית אחוז, p הוא שיא-לשיא המתח שנוצר על ידי הקשת זוויתי של מצע עם סרט על זה, p 0 הוא מתח שיא-לשיא שנוצר על ידי o ספקטרום זוויתיfa המצע, β הוא צימוד קבוע המבוסס על מקדם השבירה של פריזמה ואת שמן טבילה, α היא הגורם הנחתה, ומהווה גורם הכוללת עובי ואת מקדם השבירה של הסרט מדגם בתוך שדה חלוף. הרגישות של טכניקה זו על עובי ואת מקדם השבירה הוא מונע על ידי דיוק של אמידת לפיםגה עוצמות הצליל האקוסטי, p ו- p 0 בכל זוית פגיעה בספקטרום זוויתי. הוכח כי β ניתן לחשב מבוסס ישירות על המדדים השבירים של המנסרה ואת שמן הטבילה; כתוצאה מכך, היא משימה פשוטה כדי לחשב את התמסורת האופטית בכל זוית פגיעה וכדי ואז לחלץ אומדן המדד והעובי השביר של הסרט באמצעות ניתוח הולם עקום סטטיסטי. הקורא המעוניין לעיין גולדשמידט ואחות &#39;. לקבלת מידע נוסף. 5,6 Tמערכת הוא EFPA היא מערכת המבוססת photoacoustic מסוגל לאמוד את העובי, מקדם שבירת סרט דקה, מקדם שביר בתפזורת, ויצירת אותות אקוסטיים באמצעות קליטה אופטית לגילוי. המערכת מורכבת לייזר, רכבת אופטי כדי להנחות את אור הפריזמה / המדגם לצד מדידת אנרגיית הלייזר. הצד המדידה אנרגיית הלייזר משמש לנרמל את האות photoacoustic לאנרגיית לייזר האירוע כפי שמוצג באיור 2. המערכת EFPA הוא מונע על ידי נהג מנוע צעד כדי לסובב את הפריזמה / המדגם עבור ספקטרום זוויתי ב refractometry PAS / TIRPAS ו OTPAS . המערכת רוכש נתונים באמצעות כרטיס רכישה דיגיטלי ומספקת ממשק משתמש ובקרת שלב אוטומטית באמצעות בתכנית הבית.

&#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.

תוצאות הוכחו עבור TIRPAS, PAS / TIRPAS refractometry, ו OTPAS כי הם subtechniques בתוך פלטפורמת EFPA. איור 4 מציגה גל נציג TIRPAS אקוסטי שנוצר מדגימת הקולטת. האופי הדו-קוטבי של גל אקוסטי הוא מאפיין של הטכניקה TIRPAS ומציין כי TIRPAS מתרחש. צורת גל דו-קוטבית זו מתרחשת בשל ההשתקפות אקוסטי על הממשק בין המדגם לבין מצע הזכוכית בשל הבדל גדול בהתנגדות האקוסטית. לקבלת refractometry PAS / TIRPAS איור 5 ולוח 1 הושגה. איור 5 מראה את ספקטרום זוויתי נגזרת מספרית המתקבלת למדגם עובר בדיקות כדי להעריך את המקדם השביר בתפזורת. טבלת 1 מראה את התוצאות של שימוש refractometry PAS / TIRPAS להעריך את מקדם השבירה בתפזורת של מים / PEG / תערובת צבע אדום ישיר כמו compaאדום לאומדן מקדם השבירה בתפזורת באמצעות refractometer כף יד סטנדרטי. לבסוף, תוצאות OTPAS מוצגות באיור 7 ולוח 2. איור 7 מציג שתי דמויות של סריקות זוויתי כי נלקחות במהלך OTPAS. טבלה 2 הציג השוואה בין OTPAS ו ellipsometry ספקטרוסקופיות של הדגימות אותו הסרט הדקות. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig1.jpg" /> איור 1. Subtechnologies של EFPA. EFPA מורכבת כיום משלושה-טכנולוגיות משנה מובחנות. טכנולוגיות אלה הן TIRPAS, PAS / TIRPAS refractometry, ו OTPAS. טכניקה כל יכול להעריך חומרים לגזור או לקבוע מאפיינים שונים. TIRPAS מזהה חומרים המבוססים על קליטה אופטית שלהם למטרות biosensing, PAS / TIRPAS refractometry מעריכה מקדם השבירה בתפזורת, ו OTPAS מעריכה אינדקס השבירה סרט דק<html> עובי ד. בשנת TIRPAS, האור שמעבר ג זווית θ הקריטי יוצר שדה חלוף כי ניתן להפיק גל אקוסטי על אינטראקציה עם בולם אופטי. ב PAS / TIRPAS refractometry, הן TIRPAS וצורות גל PAS מתקבלים משני עירור photoacoustic שדה חלוף עירור photoacoustic המסורתית. על ידי התוויית שני המשטרים הללו על גרף ספקטרום זוויתי, זווית המעבר ניתן לצפות, אשר לאחר מכן ניתן להשתמש כדי לגזור את המקדם השביר. לבסוף, ב OTPAS, ספקטרום של אותות אקוסטיים מתקבל עם הקרנת ליזר מעבר ג θ הזווית הקריטי הוא שכבה דקה על מצע מצע חשוף. על ידי יישום אלגוריתם המתאים עקום שאינו ליניארי לנתונים, עובי הסרט הדק ואת מקדם שבירה ניתן לגזור. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> : לשמור-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig2.jpg" /> . איור 2. EFPA / צילום סכמטי השמאל: כדי להגדיר EFPA את קרן הלייזר חייב להיות מורחבת תמלא יותר מדי באזור חישה המכוסה גומי לטקס. אלומת האור צריך תחילה להיות בזווית של 45 מעלות כדי הפריזמה כמוצג. מימין:. תמונה של ההתקנה מראה את הרכבת האופטית <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig3.jpg" /> איור 3. טעינה לדוגמא. דוגמאות נטענות עם הפריזמה ליצור קשר אופטי באמצעות שמן טבילה למצע. בשנת TIRPAS או PAS / TIRPAS refractometry, קשר נוזל ישיר מושג עם המדגם על פני המצע לבדיקה. בשנת OTPAS, הצימוד האופטי throאיכס שמן טבילה נוסף בין המצע לבין גומי לטקס אדום מאפשר מנהור האופטי להתרחש. ההר לאחר מכן יחד הדק באמצעות מפתח מומנט ואת הרכבת ברגים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig4.jpg" /> איור 4. TIRPAS נתונים טיפוסיים. גל TIRPAS בדרך כלל יש מראה אותות אקוסטיים דו קוטבי כי הוא אופייני לשיטת TIRPAS. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig5.jpg" /> איור 5. PAS / TIRPAS נתונים טיפוסי. &lt;/ Strong&gt; מימין: נתוני ספקטרום זוויתי כי מתקבלים על ידי הקרנת המדגם בזוויות שונות של שכיחות. מימין: נגזר נומרית של דמות עזבה חושפת ומינימום מקומי המציין את המעבר מן PAS למשטרי TIRPAS, אשר בתורו עולה בקנה אחד עם עמדת הזווית הקריטית. הודפס מחדש באישור. 18 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig6.jpg" /> תרשים זרימה תוכנית איור 6.. התוכנית מנוהלת בעוד כמה צעדים איטרטיבי. הפריזמה ההר מוגדר כאפס מעלות ואז פרמטרים נבחרים לפני הפעלת התכנית. אז התוכנית מנוהלת לרכוש ספקטרום זוויתי של שני מצע וסרט. לבסוף, עקום הוא התאמה לנתונים להעריך את מקדם שבירת סרט ועובי. הודפס מחדש באישור. 6 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig7.jpg" /> . איור 7. OTPAS נתונים טיפוסי שמאל: נתון זה מראה את סריקות ספקטרום זוויתי של סרט MGF 2 ו מצע N-BK7 בהתאמה. מימין: על ידי חלוקת סריקת ספקטרום זוויתי סרט MGF 2 על ידי סריקת מצע N-BK7 ומתרבה על ידי בטא גורם קבוע, מידה מנהור האופטי (%) לעומת זוית הפגיעה ניתן להשיג, המאפשר להערכת השבירה מדד ועובי הסרט הדק. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <table fo:keep-together.within-page="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> PAS / TIRPAS </td><td> לדוגמא 1 </td><td> לדוגמא 2 </td><td> דוגמא 3 </td><td> לדוגמא 4 </td><td> לדוגמא 5 </td><td> אטאגו R-5000 </td></tr><tr><td> אדום / PEG ישיר 125 מיקרוגרם / מ&quot;ל </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> אדום / PEG ישיר 250 מיקרוגרם / מ&quot;ל </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> אדום / PEG ישיר 500 מיקרוגרם / מ&quot;ל </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> אדום / PEG ישיר 750 מיקרוגרם / מ&quot;ל </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 </tד&gt; </tr><tr><td> מיוגלובין 460 מיקרוגרם / מ&quot;ל </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> טבלה 1. PAS / TIRPAS תוצאות. הטבלה הבאה מציגה תוצאות אופייניות צבע אדום ישיר עם 50% PEG מעורבים להעלות את המקדם השביר. הודפס מחדש באישור. 18 <table fo:keep-together.within-page="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> סוג המבחן </td><td> טֶכנִיקָה </td><td> סוג הסרטים </td><td> מקדם שבירה </td><td> עובי (ננומטר) </td></tr><tr><td> Intrasample </td><td> OTPAS </td><td> MGF 2 200 ננומטר </td><td> 1.384 ± 0.004 </td><td> 203 ± 6 </td></tr><tr><td> Intrasample </td><td> Ellipsometry </td><td> MGF 2 200 ננומטר </td><td> 1.393 ± 0.001 </td><td> 192.4 ± 1.1 </td></tr><tr><td> Intersample </td><td> OTPAS </td><td> MGF 2 200 ננומטר </td><td> 1.395 ± 0.011 </td><td> 220 ± 19 </td></tr><tr><td> Intersample </td><td> Ellipsometry </td><td> MGF 2 200 ננומטר </td><td> 1.392 ± 0.002 </td><td> 195.2 ± 1.8 </td></tr></tbody></table> טבלה 2. OTPAS תוצאות. הטבלה הבאה מציגה תוצאות אופייניות 200 ננומטר MGF 2 סרטים דקים ב OTPAS לעומת ellipsometry ספקטרוסקופיות. Intrasample מתייחס בדיקות סרט אחד עשר פעמים, ואילו intersample מתייחס בדיקות עשרה סרטים עצמאיים. הודפס מחדש באישור. 6 <table fo:keep-together.within-page="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> # של ממוצעים </sטרונג&gt; </td><td fo:width="0.6in" style="width:40px"> 1 </td><td> התחל זווית </td><td fo:width="0.6in" style="width:35px"> 60 </td><td> חימום (דקות) </td><td style="width:90px"> 0 </td><td style="width:90px"> מקדם השבירה (פריזמה) </td><td> 1.519 </td></tr><tr><td> סריקות # </td><td> 1 </td><td> גודל שלב </td><td> 0.1 </td><td> לשמור ל </td><td> &quot;Yourfilename&quot; .csv </td><td> Microstep # </td><td> 10 </td></tr><tr><td> Q-מתג גדר </td><td> 275 </td><td> זווית עצורה </td><td> 80 </td><td> לייזר לבחור </td><td> Surelite </td><td> מהירות (סל&quot;ד) </td><td> 500 </td></tr><tr><td> שגיאת סובלנות (%) </td><td> 5 </td><td> הפעלת ליזר </td><td> עַל </td><td> מסנן מעביר נמוך (פרוגRAM) </td><td> 1.00 x 10 7 </td><td> האצה (RPS) </td><td> 200 </td></tr></tbody></table> לוח 3. הגדרות ספקטרום זוויתי עבור PAS / TIRPAS refractometry. הטבלה הבאה מציגה את ההגדרות הדרושות עבור ספקטרום זוויתי ב refractometry PAS / TIRPAS. <table fo:keep-together.within-page="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> # של ממוצעים </td><td fo:width="0.6in" style="width:40px"> 64 </td><td> התחל זווית </td><td fo:width="0.6in" style="width:35px"> 70 </td><td> חימום (דקות) </td><td style="width:90px"> 1 </td><td style="width:90px"> מקדם השבירה (פריזמה) </td><td> 1.519 </td></tr><tr><td> סריקות # </td><td> 1 </td><td> גודל שלב </td><td> 0.1 </td><td> לשמור ל </td><td> &quot;Yourfilename &amp;# 8221; .csv </td><td> Microstep # </td><td> 10 </td></tr><tr><td> Q-מתג גדר </td><td> 275 </td><td> זווית עצורה </td><td> 72 </td><td> לייזר לבחור </td><td> Surelite </td><td> מהירות (סל&quot;ד) </td><td> 500 </td></tr><tr><td> שגיאת סובלנות (%) </td><td> 5 </td><td> הפעלת ליזר </td><td> עַל </td><td> מסנן מעביר נמוכים (תוכנית) </td><td> 1.00 x 10 7 </td><td> האצה (RPS) </td><td> 200 </td></tr></tbody></table> לוח 4. הגדרות ספקטרום זוויתי עבור OTPAS. הטבלה הבאה מציגה את ההגדרות הדרושות עבור ספקטרום זוויתי ב OTPAS. <table fo:keep-together.within-page="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td style="width:65px"> תחתון מקדם השבירה </td><td> 1 &lt;/ Td&gt; <td style="width:72px"> סוֹבלָנוּת </td><td> 1.00 x 10 -12 </td><td style="width:80px"> מצמד RI </td><td style="width:83px"> 1.519 </td><td style="width:65px"> נתוני מצע </td><td style="width:83px"> בחר yourfilename.csv </td></tr><tr><td> תחתון עובי </td><td> 0 ננומטר </td><td> ניחוש מקדם שביר </td><td> 1.3 </td><td> אֹרֶך גַל </td><td> 532 ננומטר </td><td> מספר קבצים ולשמור </td><td> בחר yourfilename.csv </td></tr><tr><td> עובי עליון </td><td> 1,000 ננומטר </td><td> ניחוש עובי </td><td> 200 ננומטר </td><td> קיטוב </td><td> P מקוטב </td><td> כמה קבצים </td><td> # של הקבצים שברצונך להתאים </td></tr><tr><td> מקס איטרציה </td><td> 5,000 </td><td> מצעRI </td><td> 1.519 </td><td> נתוני סרטים </td><td> בחר yourfilename.csv </td><td> סוג של התאמה </td><td> בכושר יחיד / יצווה בכושר </td></tr></tbody></table> Curve לוח 5. פרמטרים הולמים. הטבלה הבאה מציגות את הפרמטרים ההולמים העקומים הדרושים להערכת פרמטר נכון. קובץ קוד משלימה:. סרט דק OTPAS analyzer_USB-5133.vi <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/OTPAS_Thin_Film_Analyzer_USB-5133.vi" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.</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

כאן אנו מציגים פרוטוקול להעריך חומר משטח תכונות אופטיות באמצעות אפקט photoacoustic בשילוב עם השתקפות פנימית מוחלטת. טכניקה זו photoacoustics חלוף מבוססות בשטח שניתן להשתמש בהם כדי ליצור מערכת מטרולוגיה photoacoustic להעריך עוביים &#39;חומרים, בתפזורת ומדדי השבירה סרט דק, ולחקור התכונות האופטיות שלהם.

חלוף שדה בהתבסס Photoacoustics: הערכת נכס אופטית על משטחים

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

Metamaterials בודה בשיטת ציור הסיבים

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

חיטוט ומיפוי משטחי אלקטרודה דלק תאי תחמוצת מוצקות

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

פיתוח של חיישני Whispering גלרית Mode פולימריים מייקר אופטי שדה חשמליים

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

ייצור של ננו מהונדס תחמוצות שקופות לנהל בתצהיר ליזר פעם

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

Velocimetry תמונת חלקיקים במהירות גבוהה ליד משטחים

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

מדידה ניסיונית של מהירות יישוב של חלקיקים כדוריים בנוזלים ויסקואלסטיים לא מכופתרים ומרותקים על בסיס חומרים פעילי שטח

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

פינת שינוי סלקטיבית של יכולת רטיבות משטח סיליקון על ידי פעמו UV לייזר הקרנה בסביבה נוזלית

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

סימולציה של Vibrations אדם הנגרם על סמך התנהגות הולכי רגל השדה המאופיין

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

השפעת הכיפוף על המאפיינים החשמליים של יחיד אורגני גמיש קריסטל מבוססות טרנזיסטורים שדה ותוצאה

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

סריקה אור מפזר Profiler (SLPS) מתודולוגיה מבוססת כדי להעריך כמותית קדימה ואחורה אור פיזור מ עדשות עדשות

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