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

Projektet har finansierats av National Science Foundation Brige Award (1.221.019).

1. Ställ in systemet <ol><li> Använda cyanoakrylat epoxi för att vidhäfta en 9 mm diameter, 1 mm tjocka röda latexgummi cylindern till den främre ytan av en 10 MHz ultraljudsomvandlare och använda cyanoakrylat epoxi för att vidhäfta en 9 mm diameter, 1 mm tjock röd latex gummicylinder till en 6 mm tjock akryl blocket som sedan epoxied på samma sätt till referensultraljudsomvandlaren att fungera som en akustisk spacer. </li><li> Inrätta en optisk tåg som har en balk expander att träffas av lasern först. Sedan placera en manuellt justerbar bländare sekund. Äntligen använda en polariserande stråldelare kuben som det tredje elementet och placera ultraljudsomvandlaren inte är i EFPA prismahållaren och omvandlaren i EFPA prismahållaren vid varje utgång av den icke-polariserande stråldelare. Obs: Den polariserande stråldelare kub används för att säkerställa en ren, enkel polarisation för excitering, eftersom detta är avgörande för ett korrekt funktionalitet av alla EFPA tekniker. </li><li> Expandera uygiftering laserstråle med användning av linser för att skapa en beam-expander av minst 3X från Q-switchad Nd: YAG laser. Obs: Balken är avsiktligt överdimensionerad jämfört med latexgummi absorbatorn på provgivare i syfte att säkerställa korrekt sensorfunktion trots laserljus gå av på grund av brytning genom prismat vid olika infallsvinklar. </li><li> Rikta den optiska tåget och EFPA prismahållaren, så att den platta sidan av fästet närmast prismat kommer att sättas till en 0 ° vinkel med användning av en digital nivå. Detta säkerställer en korrekt utgångspunkt för vinkelspektrumdata som kommer att samlas in under experimenten. </li><li> Anslut och slå på externa enheter som oscilloskopet, stegmotorn föraren att datorn ultraljudstransorerna, och XY scen motorer. Fysiskt ansluta givaren inte i EFPA prisma fästet CH0 och fysiskt ansluta givaren i EFPA prisma fästet Ch1 via 50 ohm BNC-kablar. Programvaran är förprogrammerad att känna igen encoustic signaler från dessa specifika kanaler. </li></ol> 2. EFPA Systeminitiering och optisk justering <ol><li> manuellt justera den justerbara öppningen för att blockera strålen till en 1 mm diameter. </li><li> Starta programmeringsprogrammet (t.ex. LabVIEW), ställa in vinkeln på 70 ° genom att trycka på den gröna &quot;flytta&quot; för att flytta fästet till vinkeln som behövs för 70 ° excitering vid prismat / prov gränsytan. </li><li> Med hjälp av lämpliga laserskyddsglasögon (OD 7+ vid 532 nm), titta in i prismat från sidan vinkelrätt mot laserstrålen och manuellt flytta scenen i X- och Y-axeln med hjälp av rattarna tills en mm laserpunkten är fluorescerande synlig på gummilatex. Säkerställa att strålen är centrerad på latexen. </li><li> Expandera manuellt justerbar bländare till dess maximala öppning och titta på den löpande frontpanel av programmet för att säkerställa både mätning fotoakustisk signal laserenergin från EFPA prismat mount (röd line) och fotoakustiska signalen från laserenergimätningssidan (vit linje) är synliga och är ungefär samma amplitud. </li><li> Stoppa programmet genom att trycka på &quot;STOPP&quot; -knappen. Obs: Om knappen inte trycks prismat måste återställas manuellt innan du fortsätter testningen. När initieringen-protokollet har fullbordats, kan TIRPAS, PAS / TIRPAS refraktometri, eller OTPAS utföras. </li></ol> 3. TIRPAS Technique <ol><li> Placera prismat i plastprisma monteringsadapter såsom visas i figur 3. Därefter placera 2,5 ^ il immersionsolja Index matchad till den typ av prismat används, på mitten av prismat och smörgås oljan genom att placera ett substrat på toppen av oljeskikt. </li><li> Placera 25 | il av provet på latexgummi som är ansluten till givaren i EFPA givarfästet såsom visas i fig 3, så att det täcker hela ytan utan bubbelbildning. Provet kanvara vilken som helst optiskt absorberande materialet, såsom en lösning av färgämne, en biologisk vätska, eller en analyt suspenderades i en lösning. Det behövs ingen förberedelse av provet. Komprimera prismat montera och dra åt fästet tillsammans med fästskruvar till en uppsättning vridmoment på 16,75 g / mm för varje skruv. </li><li> Välj &quot;Setup&quot; -fliken och välj &quot;Setup&quot; på rullgardinsmenyn. </li><li> Kör programmet med titeln OTPAS tunn film analyzer_USB-5133.vi (Supplementary File). </li><li> Se den akustiska signalen som alstras av provet som visas i Figur 4. Notera: Infallsvinkeln kan ändras för att styra den optiska penetrationsdjupet för det evanescenta fältet för att observera tunnare eller tjockare optiska sektioner av provet. </li></ol> 4. PAS / TIRPAS Refraktometri <ol><li> Placera prismat i plast prisma monteringsadapter som visas i figur 3. Därefter placerar 2,5 pl immersionsolja index anpassade till den typ av prisma används på the centrum av prismat och smörgås oljan genom att placera ett substrat på toppen av oljeskiktet. </li><li> Placera 25 | il av provet på gummistycke som är ansluten till givaren i EFPA givarfästet såsom visas i figur 3. Komprimera prismat montera och dra åt fästet tillsammans med fästskruvar till en uppsättning vridmoment på 16,75 g / mm för varje skruv. </li><li> Välj &quot;vinkel Spectrum&quot; -fliken och välj &quot;vinkel Spectrum&quot; på rullgardinsmenyn. Nästa, mata in lämpliga parametrar i programmet som visas i tabell 1. </li><li> Köra programmet och vänta tills vinkelspektrumet har avslutats och programmet är avslutat. </li><li> Högerklicka på vinkel spektrum graf och välj &quot;Export → Exportera data till Excel&quot; för att spara data och öppna CSV-filen. <ol><li> Öppna dessa data i en grafprogram (t.ex. KaleidaGraph), och utför en numeriska derivatan på det att klicka på &quot;Makron&quot; och välja &amp; #34; derivat &quot;. Mata in lämpliga kolumner för att ta derivatan på och tryck&quot; Okej &quot;och den numeriska derivatan ska beräknas. </li><li> Plottar numeriska derivatan vs. vinkel och välj &quot;Curve fit&quot;. Välj &quot;Smooth&quot; alternativet 5,18,98 och markera kryssrutan av data under &quot;kurvpassning val&quot; för att passa för att jämna buller från data. Välj nedåtpilen under &quot;Visa&quot; och välj &quot;Kopiera kurvpassning till datafönster&quot; för att extrahera kurvpassningen data till en annan kolumn. </li></ol></li><li> söka manuellt genom kurvan passning för att hitta den lokala minimum och dess motsvarande infallsvinkel som indikerar en övergång från PAS till TIRPAS regimer. Detta minimum motsvarar den uppmätta kritiska vinkeln, såsom visas i figur 5. Genom att använda ekvationen n provet = n prisma synd θ c, beräkna bulkbrytningsindex för det okända provet vid den våglängder avsedda för laser förhör. Typiska resultat visas i tabell 1. </li></ol> 5. OTPAS <ol><li> Placera 2,5 pl immersionsolja (index matchas typ av glas som används) på mitten av prismat. </li><li> Placera filmen eller substratet som skall testas filmsidan uppåt (bort från prismat) och kontrollerar att inga bubblor bildas under placering. Obs: Om det bildas bubblor, avlägsna provfilm eller substrat och åter försöka ansökan. </li><li> Placera 25 | il immersionsolja på latexgummi så att immersionsolja rockar hela ytan utan bubbelbildning. </li><li> Komprimera de substrat / filmskikt såsom visas i figur 3. Dra åt fästskruvarna till en uppsättning vridmoment på 16,75 g / mm som måste vara identiskt för varje skruv. Obs: Momentnyckel i protokollet är i oz.-in., därför 16,75 g / mm ~ 15 oz.-in. </li><li> Välj &quot;vinkel Spectrum&quot; -fliken och välj &quot;vinkel Spectrum&quot; på rullgardins mänu. Nästa, mata in lämpliga parametrar i programmet som visas i tabell 3. </li><li> Köra programmet och vänta tills vinkelspektrumet har avslutats och programmet är avslutat. </li><li> Köra testet genom att utföra steg 5,1-5,6 med hjälp av substrat eller film (det som inte gjordes tidigare) som visas i figur 6. </li><li> Välj &quot;kurvpassningsfunktion&quot; i rullgardinsmenyn och välj &quot;Kurvan montering&quot; -fliken. Nästa, mata in lämpliga parametrar som visas i tabell 5. Välj filmen scan under &quot;Sample&quot;. Välj substrat scan under &quot;substrat&quot;. </li><li> Ingång brytningsindex, polarisering och andra alternativ för skanningar som tidigare körs i steg 5,1-5,6 som visas i tabell 4. </li><li> Kör programmet genom att välja &quot;kurvpassningsfunktion&quot; i rullgardinsmenyn och välja &quot;kurvpassningsfunktion&quot; -fliken. Beakta brytningsindex och tjocklek enligt4,. Film RI &quot;och&quot; Tjocklek på film &quot;visas längst upp till höger i programmets grafiska användargränssnitt Typiska data visas i figur 7. </li><li> Använd &quot;Batch fit&quot; för att passa många skanningar på en gång genom att ange antalet skanningar till partiet passform och välja en CSV-fil för att mata ut data till och upprepar steg 5,10. Obs: När programmet körs det kommer att passa varje uppsättning av data och utmatning alla brytningsindex, tjocklek och restvärden till CSV. För att detta ska fungera måste de skannar vara i en numerisk lista såsom scan_001.csv, scan 002.csv, etc. </li></ol>

Författarna förklarar att de inte har några konkurrerande ekonomiska intressen.

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.

Framsteg i förståelsen av optiska material 1,3,4,6,7,10,13-16 har gett nya insikter i skapandet av tunnfilmsmaterial för en mängd optiska enheter, inklusive antireflektionsbeläggningar på linserna, hög utsläckningsförhållande optisk filter och högabsorberande platta vågledare 17. Dessa framsteg skulle inte vara möjlig utan användning av många karakteriseringstekniker, såsom ellipsometri 4,6,18, kontaktvinkelmätning, atomkraftsmikroskopi 7,11,19, och scanning / transmissionselektronmikroskopi, som bistår i den iterativa förbättringen av dessa tekniker genom att tillhandahålla direkta åtgärder eller indirekta uppskattningar av fundamentala optiska materialegenskaper. Nämnda egenskaper, såsom brytningsindex, styr hur materialen interagerar med infallande fotoner, som direkt påverkar deras funktion och deras användning i optiska tillämpningar. Emellertid var och en av dessa tekniker har begränsningar avseende upplösningention, provberedning, kostnad och komplexitet, och var och en genererar bara en delmängd av de uppgifter som behövs för att fullständigt karaktärisera materialet. Med detta sagt, en ny uppsättning tekniker, så kallade försvinnande fältbaserade photoacoustics (EFPA) 5,6,15,18,20-49 som visas i figur 1, har potential att uppskatta materialegenskaper på nanonivå i en konsoliderad uppsättning experiment. EFPA omfattar under tekniker för total intern reflektion fotoakustisk spektroskopi (TIRPAS) 23,25,26,33-35,43-45, fotoakustisk spektroskopi / total intern reflektion fotoakustisk spektroskopi refraktometri (PAS / TIRPAS refraktometri) 18, och optisk tunnling fotoakustisk spektroskopi (OTPAS) 6, och har använts för att uppskatta bulk och tunn film brytningsindex, filmtjocklekar, samt att detektera absorberande material på ett prisma / prov eller substrat / prov gränsytan. För att förstå den EFPA mekanism, enmåste först förstå begreppet fotoakustisk spektroskopi (PAS), som hänvisar till den generation av ultraljudstryckvågor av den snabba termoelastisk expansion av en kromofor, efter absorption av en ultrakorta (&lt;ps) ljuspuls (Figur 1). Teoretisk och matematisk ram för fotoakustiska effekten diskuteras i detta dokument kan erhållas här 50-59. Den resulterande tryckändring kan detekteras av en ultraljudsmikrofon eller omvandlare. Den fotoakustisk effekt, upptäcktes ursprungligen i 1880 med uppfinningen av Alexander Graham Bell photophone, &quot;återupptäcktes&quot; i början av 1970-talet på grund av framsteg inom laser och mikrofonteknik, och så småningom tas i praktisk användning för att fylla nischapplikationer från biomedicinsk avbildning till tunn film analys för att icke-förstörande provning av material. 1,53-57,59-82 Denna effekt kan matematiskt beskrivas med endimensionella vågekvationer, vari the våg är en enkel akustisk källa vars tryck (p) varierar i både position (x) och tiden (t): <img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation1.jpg" /> med lösningar för enkla akustiska källor av formen 64 <img alt="Equation2" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation2.jpg" /> där p är tryck, Γ = aV s 2 / C p där α är volymen värmeutvidgningskoefficient, är v s ljudhastigheten i mediet, och Cp är värmekapaciteten vid konstant tryck, H 0 är den strålningsexponering av laserstrålen, c är ljudhastigheten i det exciterade mediet, är x längd, och t är tiden. Storleken av den resulterande akustiska vågen förlitar direkt på den optiska absorptionskoefficienten hos materialet, | j, a, wvilket är det inverterade värdet av den optiska inträngningsdjupet, δ, vilket i sin tur är ett mått på den sträcka som ljuset färdas tills den sönderfaller till en / e av dess ursprungliga optiska intensiteten. Medan ekvation (1) är en allmän ekvation för en endimensionell plan våg källa, kommer typiska absorbatorer avger en sfärisk akustisk våg i tre dimensioner. Bortom den matematiska beskrivningen, tillämpningar av fotoakustisk effekt 54 span många avbildningsmetoder, såsom mikroskopi, tomografi, och till och med molekylär avbildning på grund av den fotoakustiska effekten som har hög känslighet på grund av den stora optiska absorption på grund av den naturligt närvarande kromofor hemoglobin. Andra tillämpningar av fotoakustiska effekten inkluderar även en uppskattning av olika tunnfilmsegenskaper 15,16,20,21,24,26-32,36-39,41,42,56,83,84. Men PAS har vissa begränsningar: (1) dess omfattande optiska inträngningsdjupet eliminerar förmågan att sondera närområdet optiska egenskaper hos ytor (2) dets effektivitet i att fånga den emitterade akustiska energin är låg på grund av sfärisk utbredning av huvuddelen av den energi bort från detektorn (3) prover måste innehålla kromoforer i våglängdsordning under övervägande. När de kombineras med evanescent fältbaserade tekniker är emellertid många av dessa begränsningar kan förbättras. Det evanescenta fältet inträffar när en ljusstråle undergår total intern reflektion (TIR), såsom beskrivs av Snells lag, vilken effekt också tillåter fiberoptiska vågledare för att styra ljus stora avstånd (km) för beräknings- och telekommunikationstillämpningar. I praktiska tillämpningar, är det evanescenta fältet används i en mängd av karakterisering och avbildningstekniker, inklusive dämpad totalreflektion spektroskopi (ATR). Imaging uppnås med hög kontrast på grund av inneslutning av ljuset inom de första hundra nanometer i provet av intresse. Det evanescenta fältet har formen av en exponentially avklingande fält som sträcker sig in i det yttre mediet till en optisk inträngningsdjup som är typiskt i storleksordningen av våglängden som används (vanligtvis ~ 500 nm eller mindre) såsom visas i ekvationerna 3 och 4. <img alt="Equation3" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation3.jpg" /> där I är ljusintensiteten i% vid en plats z från prismat / prov gränsytan, är att jag 0 den inledande ljusintensiteten i% vid gränsytan, z är avståndet i nanometer, och δ p är det optiska inträngningsdjupet såsom visas i ekvation 4. med en sådan liten optisk inträngningsdjup, är det evanescenta fältet kan interagera med miljön mycket nära gränsytan mellan de två materialen, och långt under de optiska och akustiska diffraktion gränser. De optiska egenskaperna hos material eller partiklar inom detta intervall kan störa fältet eller på annat sätt ändra dess generering, vilken interaktion kan detekteras genom en mängd olika metoder 3,5,6,10,15,17,18,21,23,25-27,29-47,84-95. När evanescent tekniker kombineras med PAS, kan de fotoakustiska vågformer producerade användas för att karakterisera material eller partiklar som interagerar med det evanescenta fältet, vilket skapar det evanescenta fält baserade photoacoustics (EFPA) familj av tekniker, såsom visas i figur 1. Denna familj inkluderar, men är inte begränsat till, total intern reflektion fotoakustisk spektroskopi (TIRPAS), optisk tunnling fotoakustisk spektroskopi (OTPAS), och ytplasmonresonans fotoakustisk spektroskopi (SPRPAS). Den intresserade läsaren hänvisas till följande referenser för avledningar av de ekvationer som används för TIRPAS 5,6,18,23,25,26,33-35,43-47, PAS / TIRPAS refraktometri 18, och OTPAS 6. I varje fall är den fotoakustiska effekten genereras genom en annan exciteringsmekanism än enkel transmittans genom ett prisma; till exempel, i TIRPAS, är ljuset evanescentkopplad genom en prisma / substrat / prov gränsytan in i de kromoforer (vilket kan innefatta provmaterialet i sig, eller gästmolekyler i provet), medan det i SPRPAS, är det primära sättet för excitering i stället genom absorption av en ytplasmon, som är en sekundär EM våg skapas när energin hos det evanescenta fältet överförs till elektronmolnet av ett metallskikt avsatt på prismaytan. Denna familj av tekniker uppfanns ursprungligen i början av 1980-talet av Hinoue et al., Och förbättrats av T. Inagaki et al. Med uppfinningen av SPRPAS, men såg mycket lite utveckling på grund av tekniska begränsningar hos ljuskällorna och tillgänglig utrustning för att upptäcka . På senare tid har tidigare undersökningar visat att ökad känslighet och användbarhet är möjligt med moderna polyvinylidenfluorid (PVDF) ultraljudsdetektorer och Q-switchad neodym-dopad yttrium aluminium granat (Nd: YAG) lasrar. Specifikt, nanosekund-pulsad Nd: YAGlasrar resultera i en 10 6-faldig ökning av toppeffekten, vilket gör det möjligt för EFPA tekniker för att bli användbara verktyg för att utvärdera de optiska egenskaperna hos en mängd olika material och gränssnitt 5,6,15,18,21-29,31-47,84 , 96. Dessutom har tidigare arbete vidare visat förmåga sådana tekniker för att bestämma strukturell information om material på ett gränssnitt, som tidigare aldrig kan uppnås med traditionella fotoakustisk spektroskopi (PAS) teknik på grund av sin relativt stora inträngningsdjup 53,55,57,59, 61,62,69,73,75,80,81. Denna förmåga visas i de protokoll som följer under OTPAS teknik; dock på en mer grundläggande nivå de tre teknikerna var beroende av en annan definitiv ekvation, som bestämmer kapaciteten hos tekniken. Till exempel, i TIRPAS, det optiska inträngningsdjupet av det evanescenta fältet, δ &#39;p, driver i första hand den resulterande akustiskasignalintensiteten till ett absorberande prov, och beskrivs av: <img alt="Equation4" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation4.jpg" /> där λ 1 är våglängden för ljus som färdas genom prismat mediet och definieras genom sambandet λ 1 = λ / n 1 där n 1 är brytningsindex hos prismat materialet. Dessutom hänvisar θ till vinkeln för excitering, och n 21 refererar till förhållandet av brytningsindexen för varje medium och definieras av n 21 = n2 / n 1, vari n 2 är brytningsindex hos provmaterialet. Ju större den optiska inträngningsdjupet, desto mer material som bestrålas. För fotoakustiska effekten är, desto större den optiska inträngningsdjupet, desto mer material håller på att exciteras som kan producera akustiska vågor som leder till en större akustisk signal. <pclass = &quot;jove_content&quot;&gt; Till skillnad från TIRPAS dock i PAS / TIRPAS Refraktometri den primära ekvationen är Snells lag: <img alt="Equation5" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation5.jpg" /> där n 1 är brytningsindex hos prismat, är θ en infallsvinkeln mot prisma / prov gränsytan, n2 är brytningsindex för provet och θ 2 är vinkeln för det ljus som brytes genom den andra medium. Känsligheten att uppskatta brytningsindex av ett material drivs främst av noggrannheten hos uppskattningen av θ 1. I total inre reflektion, vilket uppnås när θ 1 är bortom den kritiska vinkeln som genererar ett evanescent fält, sin θ 2 = 1 och därför, ekvation 5 minskar till n 2 = n 1 sinθ 1. (Obs: θ 1 =θ kritiska) Genom att känna den vinkel vid vilken den numeriska derivatan (dP / dθ där P är topp-till-toppspänningen hos den fotoakustiska signalen och θ är infallsvinkeln hos ljuset med provet) av det fotoakustiska signalen har en lokala minima möjliggör för uppskattning av θ en som tillåter användaren att lösa för n 2 och således uppskatta bulkbrytningsindex för ett prov såsom visas i figur 1. Slutligen, i OTPAS avser följande ekvation optisk transmission i% till fotoakustisk topp till topp spänning efter: <img alt="Equation6" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation6.jpg" /> där T är den procentuella optisk transmission, p är topp-till-topp-spänningen som alstras av vinkelspektrumet av ett substrat med en film på det, är p 0 topp-till-topp-spänningen som alstras av vinkelspektrumet ofa substrat, är β kopplingskonstanten baserat på brytningsindex för prismat och immersionsoljan är α dämpningsfaktorn, och är en faktor som innefattar tjocklek och brytningsindex hos provfilmen inom det evanescenta fältet. Känsligheten av denna teknik till tjocklek och brytningsindex drivs av noggrannheten i uppskattningen av topp till topp akustiska signalintensiteter, p och p 0 vid varje infallsvinkel i vinkel spektrumet. Det har visat sig att β direkt kan beräknas baserat på brytningsindex för prismat och immersionsolja; följaktligen, är det en enkel uppgift att beräkna den optiska transmissionen vid varje infallsvinkel och att sedan extrahera en uppskattning för brytningsindex och tjockleken av filmen genom statistisk kurvanpassning analys. Den intresserade läsaren hänvisas till Goldschmidt et al. För mer information. 5,6 Than EFPA system är en fotoakustisk baserat system kapabelt att fastställa tjockleken, tunn film brytningsindex, bulkbrytningsindex, och generering av akustiska signaler genom optisk absorption för detektering. Systemet består av en laser, till en optisk tåg styra ljus till prismat / prov och till mätningssidan laserenergin. Laserenergimätning sidan används för att normalisera den fotoakustiska signalen till den infallande laserenergin såsom visas i figur 2. Den EFPA systemet drivs av en stegmotor föraren att rotera prismat / prov för vinkel spektra i PAS / TIRPAS refraktometri och OTPAS . Systemet förvärvar data genom en digital förvärv kort och tillhandahåller ett användargränssnitt och automatiserad skede kontroll genom en intern 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.

Resultaten har visats för TIRPAS, PAS / TIRPAS refraktometri och OTPAS som de subtechniques inom EFPA plattformen. Figur 4 visar en representativ TIRPAS akustisk våg som genereras från ett absorberande prov. Den bipolära naturen hos den akustiska vågen är karakteristisk för den TIRPAS teknik och indikerar att TIRPAS sker. Denna bipolära vågform uppstår på grund av den akustiska reflektionen vid gränsytan mellan provet och glassubstrat på grund av en stor skillnad i akustisk impedans. För PAS / TIRPAS refraktometri Figur 5 och tabell 1 erhölls. Figur 5 visar den vinkel spektrum och numeriska derivatan erhålles för ett prov som genomgår testning för att uppskatta den bulkbrytningsindex. Tabell 1 visar resultaten av användning av PAS / TIRPAS refraktometri att uppskatta bulkbrytningsindex av vatten / PEG / Direct röd färg blandning som comparött till bulkbrytningsindex uppskattning med en vanlig handhållen refraktometer. Slutligen OTPAS resultat visas i figur 7 och tabell 2. Figur 7 visar två figurer av de vinkel avsökningar som tas under OTPAS. Tabell 2 visar en jämförelse mellan OTPAS och spektroskopisk ellipsometri av samma tunnfilmsprover. <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig1.jpg" /> Figur 1. Subtechnologies av EFPA. EFPA närvarande består av tre distinkta under teknik. Dessa teknologier är TIRPAS, PAS / TIRPAS refraktometri och OTPAS. Varje teknik kan utvärdera material för att härleda eller bestämmer olika egenskaper. TIRPAS detekterar material baserade på deras optiska absorptionen för biosensing ändamål, utvärderar PAS / TIRPAS refraktometri bulkbrytningsindex, och OTPAS utvärderar tunn film brytningsindex end tjocklek. I TIRPAS, ljuset bortom den kritiska vinkeln θ c skapar ett evanescent fält som kan generera en akustisk våg på att interagera med en optisk upptagare. I PAS / TIRPAS refraktometri, båda TIRPAS och PAS vågformer som erhållits från både övergående fältet fotoakustisk excitation och traditionella fotoakustisk excitation. Genom att plotta dessa två regimer på en vinkel spektrum graf kan observeras övergångsvinkel, som sedan kan användas för att härleda brytningsindex. Slutligen, i OTPAS, är ett spektrum av akustiska signaler som erhållits med laserbestrålning bortom den kritiska vinkeln θ c för både en tunn film på ett substrat och en kal substrat. Genom att tillämpa en icke-linjär kurvanpassningsalgoritm till data, den tunna skikttjocklek och brytningsindex kan härledas. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig1large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> . Figur 2. EFPA schematisk / foto Vänster: För att ställa in EFPA laserstrålen måste byggas ut för att överfylla sensor område som omfattas av latexgummi. Balken bör inledningsvis vara i 45 graders vinkel mot prisma som visas. Höger:. Bild av installationen som visar den optiska tåget <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig2large.jpg" target="_blank">klicka god här för att se en större version av denna siffra.</a> <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig3.jpg" /> Figur 3. Prov lastning. Prover är laddade med prismat gör optisk kontakt via immersionsolja till substratet. I TIRPAS eller PAS / TIRPAS refraktometri är direkt vätskekontakt uppnås med provet på underlaget för att testa. I OTPAS, den optiska kopplingen through ytterligare immersionsolja mellan substratet och röda latexgummi möjliggör optisk tunnling att inträffa. Fästet är sedan fast tillsammans med momentnyckel och fästskruvar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig3large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <img alt="figur 4" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig4.jpg" /> Figur 4. TIRPAS typiska data. TIRPAS vågformer har vanligtvis en bipolär akustisk signal utseende som är kännetecknande för TIRPAS metoden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig4large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <img alt="figur 5" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig5.jpg" /> Figur 5. PAS / TIRPAS typiska data. &lt;/ Strong&gt; Vänster: Vinkelspektrumdata som erhålls genom bestrålning av provet vid olika infallsvinklar. Höger: Numerisk derivat av vänstra siffra som avslöjar en lokala minima som anger övergången från PAS till TIRPAS regimer, som i sin tur överensstämmer med positionen för den kritiska vinkeln. Återges med tillstånd. 18 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig5large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <img alt="figur 6" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig6.jpg" /> Figur 6. Programflödesschema. Programmet körs i några iterativa steg. Prismat fästet är satt till noll grader och sedan parametrar väljs innan du kör programmet. Då programmet körs för att förvärva en vinkel spektrum av både ett substrat och en film. Slutligen är en kurvanpassning till data för att uppskatta filmens brytningsindex och tjocklek. Återges med tillstånd. 6 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig6large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <img alt="figur 7" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig7.jpg" /> . Figur 7. OTPAS typiska data Vänster: Denna figur visar vinkelspektrumskanningar av en MgF2 film och en N-BK7-substrat respektive. Höger: Genom att dividera MgF2 filmen vinkel scan spektrum av N-BK7-substrat skanna och multiplicera med en konstant faktor beta, grad av optisk tunnel (%) jämfört med infallsvinkeln kan erhållas, vilket gör det möjligt att uppskatta brytnings Index och tjocklek av den tunna filmen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig7large.jpg" target="_blank">klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> PAS / TIRPAS </td><td> prov 1 </td><td> prov 2 </td><td> prov 3 </td><td> prov 4 </td><td> prov 5 </td><td> Atago R-5000 </td></tr><tr><td> Direct Red / PEG 125 | j, g / 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> Direct Red / PEG 250 | j, g / 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> Direct Red / PEG 500 | j, g / 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> Direct Red / PEG 750 | j, g / 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 | j, g / 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> Tabell 1. PAS / TIRPAS resultat. Följande tabell visar typiska resultat för Direct Red färgämne med 50% PEG blandas in för att höja brytningsindex. Återges med tillstånd. 18 <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> Provtyp </td><td> Teknik </td><td> filmtyp </td><td> Brytningsindex </td><td> Tjocklek (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> Tabell 2. OTPAS resultat. Följande tabell visar typiska resultat för 200 nm MgF2 tunna filmer i OTPAS vs. spektroskopiska ellipsometri. Intrasample avser att testa en enda film tio gånger, medan intersample avser att testa tio filmer oberoende. Återges med tillstånd. 6 <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> # Av medelvärden </strong&gt; </td><td fo:width="0.6in" style="width:40px"> 1 </td><td> Startvinkel vinkel~~POS=HEADCOMP </td><td fo:width="0.6in" style="width:35px"> 60 </td><td> Uppvärmning (min) </td><td style="width:90px"> 0 </td><td style="width:90px"> Brytningsindex (prisma) </td><td> 1,519 </td></tr><tr><td> # skanningar </td><td> 1 </td><td> Stegstorlek storlek~~POS=HEADCOMP </td><td> 0,1 </td><td> Spara till </td><td> &quot;Yourfilename&quot; .csv </td><td> mikrosteg # </td><td> 10 </td></tr><tr><td> Ställ Q-switch </td><td> 275 </td><td> stoppvinkel </td><td> 80 </td><td> laser välj </td><td> Surelite </td><td> Hastighet (rpm) </td><td> 500 </td></tr><tr><td> Feltolerans (%) </td><td> 5 </td><td> laser start </td><td> på </td><td> Lågpassfilter (program) </td><td> 1,00 x 10 7 </td><td> Acceleration (RPS) </td><td> 200 </td></tr></tbody></table> Tabell 3. Vinkel inställningar spektrum för PAS / TIRPAS refraktometer. Följande tabell visar de inställningar som krävs för en vinkel spektrum i PAS / TIRPAS refraktometer. <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> # Av medelvärden </td><td fo:width="0.6in" style="width:40px"> 64 </td><td> Startvinkel vinkel~~POS=HEADCOMP </td><td fo:width="0.6in" style="width:35px"> 70 </td><td> Uppvärmning (min) </td><td style="width:90px"> 1 </td><td style="width:90px"> Brytningsindex (prisma) </td><td> 1,519 </td></tr><tr><td> # skanningar </td><td> 1 </td><td> Stegstorlek storlek~~POS=HEADCOMP </td><td> 0,1 </td><td> Spara till </td><td> &quot;Yourfilename &amp;# 8221; .csv </td><td> mikrosteg # </td><td> 10 </td></tr><tr><td> Ställ Q-switch </td><td> 275 </td><td> stoppvinkel </td><td> 72 </td><td> laser välj </td><td> Surelite </td><td> Hastighet (rpm) </td><td> 500 </td></tr><tr><td> Feltolerans (%) </td><td> 5 </td><td> laser start </td><td> på </td><td> Lågpassfilter (programmet) </td><td> 1,00 x 10 7 </td><td> Acceleration (RPS) </td><td> 200 </td></tr></tbody></table> Tabell 4. Vinkel inställningar spektrum för OTPAS. Följande tabell visar de inställningar som krävs för en vinkel spektrum i OTPAS. <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td style="width:65px"> Lägre brytningsindex </td><td> 1 &lt;/ Td&gt; <td style="width:72px"> Tolerans </td><td> 1,00 x 10 -12 </td><td style="width:80px"> kopplare RI </td><td style="width:83px"> 1,519 </td><td style="width:65px"> substratuppgifter </td><td style="width:83px"> Välj yourfilename.csv </td></tr><tr><td> lägre tjocklek </td><td> 0 nm </td><td> Brytningsindex gissning </td><td> 1,3 </td><td> Våglängd </td><td> 532 nm </td><td> Flera filer spara till </td><td> Välj yourfilename.csv </td></tr><tr><td> övre tjocklek </td><td> 1000 nm </td><td> tjocklek gissning </td><td> 200 nm </td><td> Polarisering </td><td> P polariserad </td><td> Hur många filer </td><td> # Filer du vill passa </td></tr><tr><td> max iteration </td><td> 5000 </td><td> SubstratRI </td><td> 1,519 </td><td> filmuppgifter </td><td> Välj yourfilename.csv </td><td> Typ av passform </td><td> Enda passform / Batch passform </td></tr></tbody></table> Tabell 5. Curve anpassningsparametrar. Följande tabell visar de kurvanpassnings parametrar som är nödvändiga för korrekt parameteruppskattning. Kompletterande kodfil. OTPAS tunn film analyzer_USB-5133.vi <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/OTPAS_Thin_Film_Analyzer_USB-5133.vi" target="_blank">Klicka här för att ladda ner filen.</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

Här presenterar vi ett protokoll för att uppskatta material och yta optiska egenskaper med hjälp av fotoakustiska effekten i kombination med total inre reflektion. Denna teknik försvinnande fältbaserade photoacoustics kan användas för att skapa en fotoakustisk mätsystem för att uppskatta materialets tjocklekar, bulk- och tunnfilmsbrytningsindex, och utforska deras optiska egenskaper.

Evanescent fältbaserad Photoacoustics: optisk egenskap utvärdering vid ytorna

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

Tillverka Metamaterial med den metod fiberdragning

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 och Mappa elektrodytorna i fast bränsleceller oxid

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

Utveckling av Whispering Gallery läge Polymera Micro-optiska sensorer för elektriska

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

Tillverkning av Nano-engineered transparent ledande Oxider av pulsad 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 Image Velocimetry Nära Ytor

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

Experimentell mätning av sedimenteringshastigheten för sfäriska partiklar i odefinierade och begränsade tensidbaserade savförtunnande viskoelastiska vätskor

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 Ändring av Silicon ytvätbarhet av pulsad UV laserstrålning i flytande miljö

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 av människan orsakade vibrationer Baserat på kännetecknat av fältet Fotgängare Beteende

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 av Bock på de elektriska egenskaperna hos Flexibel Organic Single Crystal-baserade fälteffekttransistorer

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) -baserad metodik för att kvantitativt utvärdera framåt och bakåtljusstrålning från intrakokulära linser

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