Dieses Projekt wurde zum Teil von der National Science Foundation und von der Air Force Research Laboratory über die KONTAKT-Programm unterstützt.

Ein. Sensor-Design und Fertigung <ol><li> Entwerfen Sie eine Parallelplatten-Wellenleiter mit einem oder mehreren integrierten Hohlräume (oder &quot;Grooves&quot;). Siehe Abbildungen 1 und 2. Geometrie kann auf die in unserer früheren Veröffentlichungen 8,9 gegeben basieren oder speziell für die bestimmte Anwendung gestalten. Die folgenden allgemeinen Grundsätze vorgeschlagen: <ol><li> Platte-Abstand: In diesem Experiment wird ein Plattenabstand von 1mm ist für eine effektive Ankopplung an die TE1 Modus ohne die Notwendigkeit für spezielle Optik verwendet. Es stellt auch sicher Einmoden-Ausbreitung bei den Frequenzen von Interesse. Bei Verwendung anderer Plattenabstände sollte Mehrmodenausbreitung, Dispersion und Kopplungseffizienz berücksichtigt werden. </li><li> Abstandhalter: Diese Platte Abstand gehalten mit dielektrischen Abstandshalter. Kleine Stücke von Glas mit sehr gleichmäßiger Dicke bilden ausgezeichnete Abstandshalter - in unserem Fall verwenden wir Scherben aus einer zerrütteten Objektträger mit eine Dicke von 1 mm + / - 3 um. </li&gt; <li> Plattengröße: Die Platten selbst sollte breit genug sein, dass sie als unendliche werden im Vergleich zum einfallenden Strahl. (In unserem Fall 4,75 cm für eine 1,2 cm Breite.) Muss die Dicke jeder Platte viel dicker sein als die Eindringtiefe und dickere Platten (&gt; 1 cm) wird empfohlen, die Möglichkeit der Energie, die oberhalb oder unterhalb der Wellenleiter zu reduzieren und den Detektor erreicht. Ausbreitungslänge sollte ausreichen, dass die Nut wenigstens doppelt so groß ist seiner eigenen Breite vom Eingangs-und Ausgangsfläche, sondern minimiert werden, um Dispersion zu reduzieren. </li><li> Bodenplattenreinigung Geometrie: Um einen einfachen Zugang zu der Nut zu ermöglichen, wobei der Boden Wellenleiterplatte sollte deutlich breiter ist als die Oberplatte, während die Nut erstreckt sich fast (aber nicht ganz) die gesamte Breite der Platte. (Siehe Abbildung 1) Dies macht es viel einfacher, die Nut zugreifen und überwachen den Füllstand. </li><li> Schrauben: Obere und untere Platte haben eine Erweiterung, so dass Schrauben eingesetzt werden, um die Welle zu haltenFührung zusammen ohne Behinderung entweder die Vertiefungen oder die Ausbreitungspfad. (Siehe Abbildung 1) Die Löcher in der Bodenplatte sind mit Gewinde versehen, während top nicht. </li><li> Hohlraums Geometrie: Design für die Nut wird von der gewünschten Resonanzfrequenz, die gewünschte Linienbreite und der gewählten Plattenabstand hängt unter anderen Faktoren. Es ist wichtig, die Grenzen des Herstellungstechniken für sehr schmale oder sehr flache Nuten betrachten. Mehrere Nuten für Mehrkanal-sensing zusätzliche Anforderungen 10. </li><li> Ungenuteten Version: ein Design identisch in jeder Hinsicht ohne Nut sollte auch hergestellt werden, um sie als Referenz verwendet werden. </li></ol></li><li> Herstellung des Wellenleiters kann spanabhebend erfolgen. WICHTIG: nicht stumpf die Ränder der Platten, insbesondere auf den Eingang ins Gesicht. Abgerundete Kanten sind gängige Praxis in vielen Werkstätten aus Gründen der Sicherheit, sondern eine abgerundete Kante am Eingang Gesicht wird das Signal zu verzerren. </li><li> MontageVorgehensweise. Nachdem die beiden Platten haben hergestellt worden sind, sollten sie in den Wellenleiter montiert werden. <ol><li> Verwende eine L-Halterung oder anderen flachen Gegenständen, um eine Struktur mit zwei flachen Oberflächen senkrecht zueinander zu erstellen. Legen Sie die Bodenplatte auf der horizontalen Fläche und drücken Sie sie gegen die vertikale Fläche spülen. Zeigen die dielektrischen Abstandshalter als in der Nähe der Schraubenlöcher als möglich (zwei pro Schraube, eine auf jeder Seite), darauf achten, daß die Nut zu beeinträchtigen oder jenseits der Eingangsfläche erstrecken. </li><li> Vorsichtig die obere Platte bündig an der vertikalen Oberfläche und schieben es auf die auf der Bodenplatte und Abstandhalter sitzen. Halten beide Platten gegen den vertikalen bündig, legen Sie die Schrauben fest. Schrauben Sie sie schrittweise in einem abwechselnden Muster. Dieses Verfahren führt zu einem Wellenleiter mit einer perfekt ebenen Eintrittsfläche und einheitliche Plattenabstand. </li></ol></li></ol> 2. Versuchsaufbau Dieses Protokoll übernimmt den Benutzer has Zugang zu einem Übertragungs-Geometrie Terahertz Zeitbereichs-Spektrometer (in unserem Fall die Picometrix T-Ray 4.000) und kennt Erhalten Zeitbereichs-Wellenformen und zum Fourier-Transformieren der Frequenzbereichskoeffizienten. <ol><li> Konfokale Konfiguration. Sofern nicht bereits vorhanden, sollte vier Linsen in den Strahlengang bei einem konfokalen Ausrichtung eingeführt werden, um einen engen Fokus in der Mitte der Bahn bereitzustellen. </li><li> Zeigen eine Öffnung im Brennpunkt. Die Öffnung sollte groß genug sein, um alle Strahlung von Vermehrungsmaterial außer durch den Wellenleiter zu blockieren. Die Größe der Öffnung bestimmt die Strahlgröße in dem Wellenleiter ausbreitet (in unserem Fall 12 mm). </li><li> Wellenleiter Ort unmittelbar hinter der Öffnung, wobei der Eingang Fläche in Kontakt mit der Öffnung und mit dem Wellenleiter Ausbreitungsachse so eng wie möglich mit der optischen Achse ausgerichtet. Die Ausrichtung ist hier entscheidend - Reflexionen, Dispersion, Variation in den cut-off und Resonanzfrequenzen und anderen issues kann entstehen durch falsche Ausrichtung des Wellenleiters. Verwenden Sie ein sicheres Inhaber REPEATABLE PLACEMENT gewährleisten. </li><li> Spritzenhalter: Es ist nützlich, eine Struktur, die die Spritze in Position hält, so dass die Spitze mit der Nut ausgerichtet ist aufweisen. Auf diese Weise reduzieren Sie die Möglichkeit von Fehlern bei der Besetzung durch die Bewegung der Spritze in der Hand. </li></ol> 3. Probenvorbereitung <ol><li> Verfahren zur Reinigung: Zerlegen Sie den Wellenleiter. Waschen beide Platten des Wellenleiters gründlich in einem geeigneten Lösungsmittel, um Rückstände aus dem Experiment zu entfernen. Schlag mit Druckluft trocken. Wieder einbauen, wie in 1.3. </li><li> Spritze Vorbereitung. Für beste Ergebnisse empfehlen wir die Verwendung einer anderen Spritze für jedes Material, um eine Kreuzkontamination zu verhindern. Wenn dies nicht möglich ist, sollte die Spritze auch mit dem gleichen Lösungsmittel gereinigt werden. </li><li> Füllen Spritze geeigneten Füllvolumen mit der Flüssigkeit geprüft werden. Versuchen Sie, alle Luftblasen zu beseitigen. </li></ol><ol><li> Platzieren Sie die ungenuteten Bezugnahme Wellenleiter in der Apparatur wie in (2.3) beschrieben. Werfen Sie einen Referenzwellenform der ungenuteten Wellenleiter, dann entfernen. Dies ist nur dann notwendig, einmal alle paar Stunden während jeder experimentellen Sitzung in Abhängigkeit von der Langzeitstabilität des Spektrometers Zeitbereichs-Signal. </li><li> Platzieren sauberen Wellenleiter in genutet Vorrichtung, wie in (2.3) beschrieben </li><li> Nehmen Sie eine Wellenform für die leere gerillten Wellenleiter. Hinweis: Dies muss jedes Mal der Wellenleiter entfernt und gereinigt wird getan werden. Verfahren für die Entfernung und Demontage kann auf sehr kleine Schwankungen in der Geometrie des Wellenleiters führen. Diese Schwankungen wirken sich die absolute Resonanzfrequenz der leeren und gefüllten Nuten aber nicht die beobachtete Verschiebung; somit jeweils &quot;voll&quot; Messung erfordert eine eigene &quot;leer&quot; Bezug auf die Verschiebung zu berechnen. </li><li> Ohne Verschieben der WAVEGUIDE, legen Sie die gefüllte Spritze an Ort und Stelle in der Halterung. Langsam füllt die Nut haltenaufpassen, dass die Füllung gut ist, ohne Blasen oder Überlauf. (Wie wird die richtige Füllmenge bestimmen in der Diskussion Abschnitt beschrieben.) Nehmen wir ein anderes Signal. </li><li> Wenn das System mehr als eine Nut, weiterhin Füllnuten und unter Wellenformen wie gewünscht. </li><li> Entfernen Wellenleiter und reinigen (wie in Schritt 3). </li><li> Wiederholen so oft wie erforderlich. Für beste Ergebnisse werden mehrere Datensätze für jede Probe empfohlen, den Fehler zu verringern. </li></ol> 5. Repräsentative Ergebnisse Datenanalyse dieser Wellenformen ist unkompliziert und kann des Experimentators üblichen Techniken zur Transformation in den Frequenzbereich zu folgen. Frequenzspektren wie die in Abbildung 3 angegebenen resultieren sollte. Diese können quadriert und durch die Referenzsignal an die Macht Transmissionsspektren wie in Abbildung 4 zu erhalten aufgeteilt werden. Die Linienbreite und zentralen Frequenz der Signale für die leeren und vollen Wellenleiter m betrageneasured aus diesen Spektren oder Lorentz Passungen können durchgeführt werden, um die Genauigkeit zu erhöhen. Resonanzstromwandler Verschiebung von der Flüssigkeit verursacht wird nur die Differenz zwischen den beobachteten mittleren Frequenzen der Signale für die leeren und vollen Wellenleitern. Um dies zu einem Brechungsindex-Messung umzuwandeln, muss die Beziehung zwischen der Verschiebung und der RI ermittelt werden. Dies kann experimentell, indem Sie diesen Vorgang mit Proben bekannter Index oder rechnerisch durch die Durchführung Simulationen der Nut mit Proben bekannter Index 9 oder analytisch mit gefüllten mode-Matching-Techniken 8 durchgeführt. Sobald eine Verschiebung vs RI-Kurve aufgebaut ist, kann RI Messungen unbekannter Proben genau durchgeführt werden. Es gibt ein paar bestimmte Fehler, die während dieser Prozedur auftreten können. Blasen oder Fehler in der Füllung der Nut kann in einer lauten oder falsche Daten führen, weshalb wir mehrere Datensätze für jeden sa empfehlenmPLE Material. Eine weitere häufige Fehlerquelle ist bei der Platzierung der Wellenleiter. Wenn die Referenz-und Sensor-Wellenleiter in genau der gleichen Ausrichtung angeordnet sind, werden alle Reflexionen oder andere Artefakte für beide gleich sein und unterteilen aus dem Transmissionsspektrum. Wenn die Ausrichtung leicht falsch ist, werden die Reflexionen nicht teilen heraus und wird in dem Klingeln Transmissionsspektren beobachtet werden (einige geringfügige Klingeln in 4 zu sehen). Wenn es nicht wünschenswert ist, um die Daten zurückzugewinnen, ist es möglich, das Klingeln durch Trimmen der Zeitbereichs-Wellenform vor der Reflexion erscheint eliminieren, aber dies verringert die spektrale Auflösung und damit der Brechungsindex Auflösung sowie begrenzt. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig1.jpg" /> Abbildung 1. Photograph des Wellenleiters mit relevanten Teile markiert. Beachten Sie, dass die Nut verlängert nicht die entire Länge oder Breite des Wellenleiters und die Struktur ist so ausgelegt, dass die Befestigungsteile nicht behindern die Nut oder den Weg der Strahlungsausbreitung. <img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig2.jpg" /> Abbildung 2. Schematische Darstellung des gerillten Wellenleiter. <img alt="Abbildung 3" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig3.jpg" /> Abbildung 3. (A) Proben Frequenzspektren für die Referenz-Wellenleiter (schwarz), die gerillte Wellenleiter ohne flüssige Füllung (blau), und der gerillte Wellenleiter mit Flüssigkeit, in diesem Fall Tetradecan (rot). Die Grenzfrequenzen für die TE 1, TE <samp>3</samp> Ausbreitungsmoden dargestellt sind, ebenso wie die Wasserdampf Absorptionslinien. (B) Nahaufnahme der Resonanzen für die leeren und vollen genuteten Wellenleitern. <img alt="Abbildung 4" src=&quot;/ Files/ftp_upload/4304/4304fig4.jpg&quot; /&gt; Abbildung 4. Kraftübertragung Spektren für die leere und volle gerillten Wellenleiter. Der Unterschied in der Frequenz zwischen den beiden Resonanz-Eigenschaften ist die Resonanzfrequenz-Verschiebung (Af), die auf den Brechungsindex betrifft.

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Keine Interessenskonflikte erklärt.

Es sei darauf hingewiesen, dass der Brechungsindex der Flüssigkeit unter Test nur mit der Frequenz der Hohlraumresonanz bestimmt wird, nicht über eine große Bandbreite werden. Dies hat einige deutliche Vorteile. Erstens: Obwohl unsere Messungen Verwendung eines Breitband Terahertz-Quelle für die Charakterisierung Zwecke haben, könnte man auch einen entsprechenden Aufbau Erfassungssystem mit einer einzigen Frequenz THz-Quelle mit nur einem begrenzten Grad an Frequenzabstimmbarkeit, ein Ansatz, der wesentlich weniger teuer und konnten kompakter. Zweitens kann das Erfassen Ansatz durch Einbau mehrerer Nuten in einem einzigen Wellenleiter parallelisiert werden. Jede Nut 10 wäre eine etwas andere Geometrie aufweisen und daher eine unterschiedliche Frequenz zum Abtasten. Mit einer Breitband-Terahertz-Puls kann ein Brechungsindizes (und Verschiebungen) unabhängig und gleichzeitig zu bestimmen für mehrere flüssige Proben. Diese parallele Erfassung Fähigkeit würde nicht einfach in einem herkömmlichen integriert werdenZeitbereichs-Terahertz-Messsystem, bei dem nur eine einzige flüssige zu einem Zeitpunkt gemessen wird. Das wichtigste Anliegen mit dieser experimentellen Technik ist die Konsistenz und Reproduzierbarkeit. Der Zusammenbau und die Anordnung des Hohlleiters und des Füllvolumens einführen kann eine große Menge von Fehler, falls nicht konsistent. Wahrung einer durchgängigen Füllvolumen kann in ein paar Möglichkeiten erreicht werden. Einer, wie in diesem Verfahren gezeigt, ist die hochpräzise Spritzen verwenden, um genaue Volumina zu messen. Ein anderes Verfahren ist es, eine Laser-Interferometer verwendet, um den tatsächlichen Füllstand in der Nut 9 zu überwachen. Um die beste Spritzenvolumen bestimmen oder Füllhöhe, werden die besten Ergebnisse durch allmähliches Füllen der Nut und Überwachen des entsprechenden Verschiebung der Resonanzstruktur erhalten. Wenn die Rille gefüllt ist und die Flüssigkeit beginnt, Überlauf wird die Resonanzstruktur auf dem niedrigsten Frequenz sein. Das Volumen oder die Füllhöhe kurz vor dieser Überlauf / Sättigung point ist die beste Wahl und die Frequenzverschiebung vs RI Reaktion des Gerätes sollte kalibriert mit diesem Wert werden. Es gibt mehrere andere wichtige Überlegungen neben der Wellenleiteranordnung und Füllvolumen. Cross-Kontamination sollte durch eine sorgfältige Reinigung Verfahren vermieden werden. Verdunstung muss für leichtere Moleküle betrachtet werden und kann die Auflösung in solchen Fällen zu begrenzen. Die RI Auflösung dieses Verfahrens wird im Allgemeinen durch die Variation zwischen mehreren Datensätzen aus dem gleichen Material beschränkt, sondern zukünftige Verbesserungen in der Wiederholbarkeit kann die Auflösung bis an die Grenze durch die spektrale Auflösung der Vorrichtung gesetzt reduzieren. Zukünftige Verbesserungen für diese Technik gehören Anpassung der Sensorkonstruktion, um einen geschlossenen Kanal zur Befüllung Fehler zu beseitigen und damit kontinuierlichen Überwachung und die Entwicklung einer Technik, die zuverlässige Reinigung nicht erfordert Demontage des Wellenleiters. Es gibt einige Einschränkungen, diesind inhärent mit der Technik - wie die Beschränkung auf unpolaren Flüssigkeiten aufgrund der starken Terahertz-Absorption durch polare Moleküle - aber andere wie die Auflösung und Reproduzierbarkeit haben das Potenzial für deutliche Verbesserung. Wie es aussieht, ist diese Technik als eine einfache und kostengünstige Methode zur Erfassung und Überwachung RI, insbesondere für industrielle Anwendungen etabliert.

<table border="1"><tbody><tr><td> Name des Reagenzes </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare (optional) </td></tr><tr><td> 10 &amp;mgr; l-Spritze </td><td> Hamilton </td><td> 80314 </td><td> Hohe Präzision Spritze </td></tr><tr><td> Flüssige Alkane </td><td> Acros Organics </td><td></td><td> Die Proben für die Kalibrierung und Prüfung </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Keine besondere Ausrüstung erforderlich. Geeignet Testmaterialien und Lösungsmittel sind dem Experimentator überlassen. Die Hochpräzisions-Spritzen in diesem Verfahren verwendet werden, in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt, aber der Experimentator möge Spritzen von einem anderen Volumen oder Designs, einschließlich digitaler Spritzen für verbesserte Genauigkeit nutzen. Die Test-Alkane in diesem Experiment verwendet werden ebenfalls aufgeführt. </td></tr></tbody></table>

terahertz microfluidic sensing using a parallel-plate waveguide sensor

Brechungsindex (RI) sensing ist ein leistungsstarkes nichtinvasive und Label-free-Sensing Technik für die Identifizierung, Erfassung und Überwachung von mikrofluidischen Proben mit einer breiten Palette von möglichen Sensor-Designs wie Interferometer und Resonatoren 1,2. Die meisten der vorhandenen RI Abfühlen Anwendungen auf biologischen Materialien fokussieren in wässrigen Lösungen im sichtbaren und IR-Frequenzen, wie DNA-Hybridisierung und Sequenzierung des Genoms. Bei Terahertz-Frequenzen gehören Anwendungen Qualitätskontrolle, Überwachung von industriellen Prozessen und Wahrnehmung und Erkennung Anwendungen mit unpolaren Materialien. Mehrere potenzielle Entwürfe für Brechungsindex Sensoren in der Terahertz-Regimes existieren, einschließlich photonischen Kristall Wellenleiter 3, asymmetrische Split-Ring-Resonatoren 4 und photonische Bandlücke Strukturen in Parallelplatten-Wellenleiter 5 integriert. Viele dieser Entwürfe basieren auf optischen Resonatoren wie Ringe basiertoder Hohlräumen. Die Resonanzfrequenzen dieser Strukturen sind abhängig vom Brechungsindex des Materials in oder um den Resonator. Durch die Überwachung der Verschiebungen der Resonanzfrequenz der Brechungsindex einer Probe genau gemessen werden kann und diese wiederum kann verwendet werden, um ein Material zu identifizieren, zu überwachen Kontamination oder Verdünnung, etc. werden Die Sensor-Design verwenden wir hier auf einem einfachen Parallel-Wellenleiter 6,7 basiert. Eine Rechtecknut maschinell in eine Fläche wirkt als Resonanzhohlraum (Abbildungen 1 und 2). Wenn Terahertz-Strahlung in den Wellenleiter und breitet sich in dem niedrigstwertigen transversalen-elektrischen (TE 1) Modus gekoppelt wird, ist das Ergebnis eine einzige starke Resonanzstruktur mit einem abstimmbaren Resonanzfrequenz aufweist, die abhängig von der Geometrie der Nut 6,8 ist. Diese Nut kann mit unpolaren Flüssigkeit mikrofluidischen Proben, die eine Verschiebung in der beobachteten Resonanzfrequenz, die von der Menge der liq hängt verursachen auszufüllenUID in der Nut und ihrem Brechungsindex 9. Unsere Technik hat einen Vorteil gegenüber anderen Techniken Terahertz in seiner Einfachheit sowohl in der Herstellung und Durchführung, da das Verfahren kann mit handelsüblichen Laborgeräten ohne die Notwendigkeit für einen Reinraum oder irgendeine spezielle Herstellungsverfahren oder experimentelle Techniken erreicht werden. Es kann auch einfach an Mehrkanalbetrieb werden durch den Einbau mehrerer Nuten 10 erweitert. In diesem Video werden wir beschreiben unsere komplette experimentelle Vorgehensweise, von der Konstruktion des Sensors an der Datenanalyse und Bestimmung der Probe Brechungsindex.

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Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

Das Verfahren zur Durchführung einer Brechzahl Sensor zum Terahertzfrequenzen auf einem gerillten Parallelplatten-Wellenleiter-Geometrie basierend wird hier beschrieben. Das Verfahren ergibt eine Messung des Brechungsindex eines kleinen Volumens von Flüssigkeit durch Überwachung der Veränderung in der Resonanzfrequenz des Wellenleiterstruktur

Terahertz Microfluidic Sensing mit einem Parallel-Platte Waveguide Sensor

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

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

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

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

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

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

Konstruktion, Fertigung und experimentelle Charakterisierung Plasmonic Photoconductive Terahertz-Emitter

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

Forschung

Ingenieurwesen

How to Build a Vacuum Spring-transport Package for Spinning Rotor Gauges

The spinning rotor gauge (SRG) is a high-vacuum gauge often used as a secondary or transfer standard for vacuum pressures in the range of 1.0 x 10-4 Pa to 1.0 Pa. In this application, the SRGs are frequently transported to laboratories for calibration. Events can occur during transportation that change the rotor surface conditions, thus changing the calibration factor. To assure calibration stability, a spring-transport mechanism is often used to immobilize the rotor and keep it under vacuum during transport. It is also important to transport the spring-transport mechanism using packaging designed to minimize the risk of damage during shipping. In this manuscript, a detailed description is given on how to build a robust spring-transport mechanism and shipping container. Together these form a spring-transport package. The spring-transport package design was tested using drop-tests and the performance was found to be excellent. The present spring-transport mechanism design keeps the rotor immobilized when experiencing shocks of several hundred g (g = 9.8 m/sec2 and is the acceleration due to gravity), while the shipping container assures that the mechanism will not experience shocks greater than about 100 g during common shipping mishaps (as defined by industry standards).

Here we describe how to build a robust spring-transport mechanism for a spinning rotor gauge. This device securely immobilizes the rotor and keeps it under vacuum during transportation. We also describe packaging that minimizes the risk of damage during transport. Tests show our design works for typical shocks during transport.

Wie baue ich eine Vakuum-Frühling-Transport Paket für Spinnrotor Gauges

The spinning rotor gauge (SRG) is a high-vacuum gauge often used as a secondary or transfer standard for vacuum pressures in the range of 1.0 x 10-4 Pa to ...

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each thermoplastic of interest. Solvent bonding is a simple and versatile method that can be used to fabricate devices from a variety of plastics. An appropriate solvent is added between two device layers to be bonded, and heat and pressure are applied to the device to facilitate the bonding. By using an appropriate combination of solvent, plastic, heat, and pressure, the device can be sealed with a high quality bond, characterized as having high bond coverage, bond strength, optical clarity, durability over time, and low deformation or damage to microfeature geometry. We describe the procedure for bonding devices made from two popular thermoplastics, poly(methyl-methacrylate) (PMMA), and cyclo-olefin polymer (COP), as well as a variety of methods to characterize the quality of the resulting bonds, and strategies to troubleshoot low quality bonds. These methods can be used to develop new solvent bonding protocols for other plastic-solvent systems.

Solvent bonding is a simple and versatile method for fabricating thermoplastic microfluidic devices with high quality bonds. We describe a protocol to achieve strong, optically clear bonds in PMMA and COP microfluidic devices that preserve microfeature details, by a judicious combination of pressure, temperature, an appropriate solvent, and device geometry.

Lösungsmittelbindung für die Herstellung von PMMA und COP Mikrofluidiksysteme

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

Fabrication of Nanopillar-Based Split Ring Resonators for Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR is not affected by environmental characteristics such as the temperature and pressure surrounding the resonator. Electromagnetic radiation in THz frequencies is biocompatible, which is a critical condition especially for the application of the biomolecular sensing. However, the quality factor (Q-factor) and frequency responses of traditional thin-film based split ring resonator (SRR) MMs are very low, which limits their sensitivities and selectivity as sensors. In this work, novel nanopillar-based SRR MMs, utilizing displacement current, are designed to enhance the Q-factor up to 450, which is around 45 times higher than that of traditional thin-film-based MMs. In addition to the enhanced Q-factor, the nanopillar-based MMs induce a larger frequency shifts (17 times compared to the shift obtained by the traditional thin-film based MMs). Because of the significantly enhanced Q-factors and frequency shifts as well as the property of biocompatible radiation, the THz nanopillar-based SRR are ideal MMs for the development of biomolecular sensors with high sensitivity and selectivity without inducing damage or distortion to biomaterials. A novel fabrication process has been demonstrated to build the nanopillar-based SRRs for displacement current mediated THz MMs. A two-step gold (Au) electroplating process and an atomic layer deposition (ALD) process are used to create sub-10 nm scale gaps between Au nanopillars. Since the ALD process is a conformal coating process, a uniform aluminum oxide (Al2O3) layer with nanometer-scale thickness can be achieved. By sequentially electroplating another Au thin film to fill the spaces between Al2O3 and Au, a close-packed Au-Al2O3-Au structure with nano-scale Al2O3 gaps can be fabricated. The size of the nano-gaps can be well defined by precisely controlling the deposition cycles of the ALD process, which has an accuracy of 0.1 nm.

A protocol for the design and fabrication of a novel nanopillar-based split ring resonator (SRR) is presented.

Die Herstellung von Nanopillar-Based Split-Ring-Resonatoren für Verschiebungsstrom Mediated Resonances in Terahertz Metamaterialien

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR ...

Fabrication of Flexible Image Sensor Based on Lateral NIPIN Phototransistors

Flexible photodetectors have been intensely studied for the use of curved image sensors, which are a crucial component in bio-inspired imaging systems, but several challenging points remain, such as a low absorption efficiency due to a thin active layer and low flexibility. We present an advanced method to fabricate a flexible phototransistor array with an improved electrical performance. The outstanding electrical performance is driven by a low dark current owing to deep impurity doping. Stretchable and flexible metal interconnectors simultaneously offer electrical and mechanical stabilities in a highly deformed state. The protocol explicitly describes the fabrication process of the phototransistor using a thin silicon membrane. By measuring I-V characteristics of the completed device in deformed states, we demonstrate that this approach improves the mechanical and electrical stabilities of the phototransistor array. We expect that this approach to a flexible phototransistor can be widely used for the applications of not only next-generation imaging systems/optoelectronics but also wearable devices such as tactile/pressure/temperature sensors and health monitors.

We present a detailed method to fabricate a deformable lateral NIPIN phototransistor array for curved image sensors. The phototransistor array with an open mesh form, which is composed of thin silicon islands and stretchable metal interconnectors, provides flexibility and stretchability. The parameter analyzer characterizes the electrical property of the fabricated phototransistor.

Herstellung von flexiblen Bildsensor basierend auf seitliche NIPIN Fototransistoren

Flexible photodetectors have been intensely studied for the use of curved image sensors, which are a crucial component in bio-inspired imaging systems, ...

Femtosecond Laser Filaments for Use in Sub-Diffraction-Limited Imaging and Remote Sensing

Probing remote matter with laser light is a ubiquitous technique used in circumstances as diverse as laser-induced breakdown spectroscopy and barcode scanners. In classical optics, the intensity that can be brought to bear on a remote target is limited by the spot size of the laser at the distance of the target. This spot size has a lower bound determined by the diffraction limit of classical optics. However, amplified femtosecond laser pulses generate intensity sufficient to modify the refractive index of the ambient air and undergo self-focusing. This self-focusing effect leads to the generation of highly intense laser filaments which maintain their intensity and small sub-millimeter diameter size at distances well beyond the classical Rayleigh length. Such intensity provides the capability of remote scanning, imaging, sensing, and spectroscopy with enhanced spatial resolution. We describe a technique for generating filaments with a femtosecond regenerative chirped-pulse amplifier, and for using the resulting filament to conduct imaging and spectroscopic measurements at remote distances of at least several meters.

High-intensity femtosecond pulses of laser light can undergo cycles of Kerr self-focusing and plasma defocusing, propagating an intense sub-millimeter-diameter beam over long distances. We describe a technique for generating and using these filaments to perform remote imaging and sensing beyond the classical diffraction limits of linear optics.

Femtosekunden-Laser-Filamente für den Einsatz in Sub-Diffraction-Limited Bildgebung und Fernerkundung

Probing remote matter with laser light is a ubiquitous technique used in circumstances as diverse as laser-induced breakdown spectroscopy and barcode ...

A Silicon-tipped Fiber-optic Sensing Platform with High Resolution and Fast Response

In this article, we introduce an innovative and practically promising fiber-optic sensing platform (FOSP) that we proposed and demonstrated recently. This FOSP relies on a silicon Fabry-Perot interferometer (FPI) attached to the fiber end, referred to as Si-FOSP in this work. The Si-FOSP generates an interferogram determined by the optical path length (OPL) of the silicon cavity. Measurand alters the OPL and thus shifts the interferogram. Due to the unique optical and thermal properties of the silicon material, this Si-FOSP exhibits an advantageous performance in terms of sensitivity and speed. Furthermore, the mature silicon fabrication industry endows the Si-FOSP with excellent reproducibility and low cost toward practical applications. Depending on the specific applications, either a low-finesse or high-finesse version will be utilized, and two different data demodulation methods will be adopted accordingly. Detailed protocols for fabricating both versions of the Si-FOSP will be provided. Three representative applications and their according results will be shown. The first one is a prototype underwater thermometer for profiling the ocean thermoclines, the second one is a flow meter to measure flow speed in the ocean, and the last one is a bolometer used for monitoring exhaust radiation from magnetically confined high-temperature plasma.

This work reports an innovative silicon-tipped fiber-optic sensing platform (Si-FOSP) for high-resolution and fast-response measurement of a variety of physical parameters, such as temperature, flow, and radiation. Applications of this Si-FOSP span from oceanographic research, mechanical industry, to fusion energy research.

Eine Silizium-bestückte Glasfaser-Sensing-Plattform mit hoher Auflösung und schnelle Reaktion

In this article, we introduce an innovative and practically promising fiber-optic sensing platform (FOSP) that we proposed and demonstrated recently. This ...

Terahertz Imaging and Characterization Protocol for Freshly Excised Breast Cancer Tumors

This manuscript presents a protocol to handle, characterize, and image freshly excised human breast tumors using pulsed terahertz imaging and spectroscopy techniques. The protocol involves terahertz transmission mode at normal incidence and terahertz reflection mode at an oblique angle of 30&#176;. The collected experimental data represent time domain pulses of the electric field. The terahertz electric field signal transmitted through a fixed point on the excised tissue is processed, through an analytical model, to extract the refractive index and absorption coefficient of the tissue. Utilizing a stepper motor scanner, the terahertz emitted pulse is reflected from each pixel on the tumor providing a planar image of different tissue regions. The image can be presented in time or frequency domain. Furthermore, the extracted data of the refractive index and absorption coefficient at each pixel are utilized to provide a tomographic terahertz image of the tumor. The protocol demonstrates clear differentiation between cancerous and healthy tissues. On the other hand, not adhering to the protocol can result in noisy or inaccurate images due to the presence of air bubbles and fluid remains on the tumor surface. The protocol provides a method for surgical margins assessment of breast tumors.

Freshly excised human breast cancer tumors are characterized with terahertz spectroscopy and imaging following fresh tissue handling protocols. Tissue positioning is taken into consideration to enable effective characterization while providing analysis in a timely manner for future intraoperative applications.

This manuscript presents a protocol to handle, characterize, and image freshly excised human breast tumors using pulsed terahertz imaging and spectroscopy ...

Measuring Sub-23 Nanometer Real Driving Particle Number Emissions Using the Portable DownToTen Sampling System

The current particle size threshold of the European Particle Number (PN) emission standards is 23 nm. This threshold could change because future combustion engine vehicle technology may emit large amounts of sub-23 nm particles. The Horizon 2020 funded project DownToTen (DTT) developed a sampling and measurement method to characterize particle emissions in this currently unregulated size range. A PN measurement system was developed based on an extensive review of the literature and laboratory experiments testing a variety of PN measurement and sampling approaches. The measurement system developed is characterized by high particle penetration and versatility, which enables the assessment of primary particles, delayed primary particles, and secondary aerosols, starting from a few nanometers in diameter. This paper provides instruction on how to install and operate this Portable Emission Measurement System (PEMS) for Real Drive Emissions (RDE) measurements and assess particle number emissions below the current legislative limit of 23 nm.

Presented here is the DownToTen (DTT) portable emission measurement system to assess real driving automotive emissions of sub-23 nm particles.

Messung der realen Partikelzahlemissionen von Sub-23 Nanometern mit dem tragbaren DowntoTen-Probenahmesystem

The current particle size threshold of the European Particle Number (PN) emission standards is 23 nm. This threshold could change because future ...

Electroantennography-based Bio-hybrid Odor-detecting Drone using Silkmoth Antennae for Odor Source Localization

Small drones with chemical or biosensor devices that can detect airborne odorant molecules have attracted considerable attention owing to their applicability in environmental and security monitoring and search-and-rescue operations. Small drones with commercial metal-oxide-semiconductor (MOX) gas sensors have been developed for odor source localization; however, their real-time-odor-detection performance has proven inadequate. However, biosensing technologies based on insect olfactory systems exhibit relatively high sensitivity, selectivity, and real-time response with respect to odorant molecules compared to commercial MOX gas sensors. In such devices, excised insect antennae function as portable odorant biosensor elements and have been found to deliver excellent sensing performance. This study presents experimental protocols for odorant-molecule detection in the air using a small autonomous bio-hybrid drone based on a mountable electroantennography (EAG) device incorporating silkmoth antennae.
We developed a mountable EAG device including sensing/processing parts with a Wi-Fi module. The device was equipped with a simple sensor enclosure to enhance the sensor directivity. Thus, odor source localization was conducted using the spiral-surge algorithm, which does not assume an upwind direction. The experimental bio-hybrid odor-detecting drone identified real-time odorant-concentration differences in a pseudo-open environment (outside a wind tunnel) and localized the source. The developed drone and associated system can serve as an efficient odorant molecule-detection tool and a suitable flight platform for developing odor source localization algorithms owing to its high programmability.

This study introduces experimental protocols for a bio-hybrid odor-detecting drone based on silkmoth antennae. The operation of an experimental electroantennogram device with silkmoth antennae is presented, in addition to the structure of a bio-hybrid drone designed for odor source localization using the spiral-surge algorithm.