Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Evanescent Alan Bazlı photoacoustics: Optik Mülkiyet Değerlendirme Yüzeylerde

Published: July 26, 2016 doi: 10.3791/54192
Automatic Translation
1, 2, 3, 3, 3, 3
1Biomedical Engineering, Duquesne University, 2Department of Computer Science, University of Missouri, 3Department of Bioengineering, University of Missouri

Summary

Burada malzemeyi tahmin ve toplam iç yansıma ile birlikte foto akustik efekti kullanarak optik özellikleri yüzey bir protokol mevcut. Bu teknik, kaybolan alan bazlı photoacoustics optik özellikleri malzemelerin kalınlık, kütle ve ince film kırılma indislerine tahmin etmek için bir foto akustik metroloji sistemi oluşturmak ve keşfetmek için kullanılabilir.

Introduction

Lensler üzerinde yansıma önleyici kaplamalar da dahil olmak üzere optik cihazların bir dizi için ince film malzemelerin oluşturulması yeni bakış açıları sağlamıştır 1,3,4,6,7,10,13-16 optik malzemeler, anlayış gelişmeler, yüksek sönme oranı optik filtreler ve son derece emici döşeme dalga kılavuzları 17. Bu gelişmeler iteratif iyileştirme yardımcı böyle Elipsometri 4,6,18, temas açısı ölçümü, atomik kuvvet mikroskobu 7,11,19 ve tarama / transmisyon elektron mikroskobu gibi birçok karakterizasyon teknikleri, kullanımı olmadan mümkün olmazdı doğrudan önlemler veya temel optik malzeme özelliklerinin dolaylı tahminler sağlayarak bu teknolojiler. malzemeler doğrudan işlevini ve optik uygulamalarda kullanımını etkileyen olay fotonlar, nasıl etkileşimde gibi kırılma indeksi gibi özellikleri, idare söyledi. Bununla birlikte, bu tekniklerin her biri sınırlama çözünürlülüğü ile ilgili olanyon, numune hazırlama, maliyet ve karmaşıklığını ve her tam malzemeyi karakterize etmek için gerekli verilerin sadece bir alt kümesini oluşturur. Bu fani alan bazlı photoacoustics (EFPA) 5,6,15,18,20-49 olarak bilinen tekniklerle, yeni bir dizi Şekil 1'de gösterildiği gibi, söyleniyor, konsolide olarak nano malzeme özelliklerini tahmin etmek potansiyele sahiptir deneylerin ayarlayın. EFPA toplam iç yansıma foto akustik spektroskopi (TIRPAS) 23,25,26,33-35,43-45, foto akustik spektroskopi / toplam iç yansıma foto akustik spektroskopi Refraktometri (PAS / TIRPAS Refraktometri) 18 ve optik tünel foto akustik alt teknikleri kapsar spektroskopisi (OTPAS) 6, ve dökme ve ince film kırılma endeksi film kalınlıkları tahmin etmek için, hem de bir prizma / numune ya da alt-tabaka / numune ara yüzeyinde emici malzemelerin tespit edilmesi için kullanılmaktadır.

EFPA mekanizmasını anlamak için, tek birİlk ışık ultra-kısa (<mikro-saniye) darbe emilimi (Şekil 1) takip eden kromofor hızlı termoelastik genişlemesi ile ultrasonik basınç dalgalarının nesil anlamına gelir foto akustik spektroskopi (PAS), kavramını anlamak gerekir. Bu yazıda tartışılan foto akustik etkisi teorik ve matematiksel çerçeve burada 50-59 elde edilebilir. basınç meydana gelen değişiklik bir ultrasonik mikrofon veya transdüser tarafından tespit edilebilir. Başlangıçta Alexander Graham Bell'in PHOTOPHONE icadıyla 1880 yılında keşfedilen foto akustik etkisi nedeniyle lazer ve mikrofon teknolojisindeki gelişmeler ile 1970'lerin başında "yeniden keşfedilen" ve sonunda ince bir film biyomedikal görüntüleme niş uygulamaları doldurmak için pratik kullanıma girmiştir malzemelerin tahribatsız test analizi. Bu etki matematiksel olarak tek boyutlu dalga denklemleri, burada th ile tarif edilebilir 1,53-57,59-82E dalgası olan basınç (p), hem pozisyon (x) ve zaman (t) değişir basit bir akustik kaynak:

Equation1

formun 64 basit akustik kaynaklar için çözümler

Equation2

p basıncı, burada Γ, h, 0 radyan maruz αv s 2 / C α hacmi ısıl genleşme katsayısı p, h medyumu içerisinde ses hızıdır, ve C p sabit basınçta ısı kapasitesi olduğu = lazer ışınının, Cı heyecan ortamdaki sesin hızı, x uzunluk ve t, zamandır. Elde edilen, akustik dalganın büyüklüğü, w, malzemenin optik emme katsayısı doğrudan doğruya dayanan bir uhich sırayla onun ilk optik yoğunluğu 1 / e bozunur kadar hafif hareket mesafesi bir ölçüsüdür optik penetrasyon derinliği, δ, tersidir. Denklem (1) tek boyutlu düzlem dalga kaynağı için genel bir denklem iken, tipik emiciler üç boyutlu bir küresel akustik dalga yayacaktır. Matematiksel açıklama ötesinde nedeniyle doğal olarak mevcut kromofor hemoglobin nedeniyle büyük optik soğurma böyle mikroskobu, tomografi ve yüksek duyarlılığa sahip foto akustik etkisi nedeniyle hatta moleküler görüntüleme gibi foto akustik etkisi 54 açıklıklı birçok görüntüleme yöntemleri uygulamaları. Foto akustik etkisi Diğer uygulamalar bile çeşitli ince film özelliklerinin 15,16,20,21,24,26-32,36-39,41,42,56,83,84 tahminini içerir. Ancak, PAS bazı sınırlamaları var: (1) geniş optik penetrasyon derinliği yüzeylerinde yakın alan optik özelliklerini araştırmak için yeteneğini ortadan kaldırır (2) bunuyayılan akustik enerjiyi yakalayan s etkinliği nedeniyle küresel uzak dedektör enerji çoğunluğunun yayılımı (3) numuneleri dikkate alınan dalga boyu rejiminde kromoforları içermelidir düşüktür.

fani alan bazlı teknikleri ile kombine edildiğinde, bununla birlikte, bu sınırlamalar birçok iyileştirilebilir. bir ışık demeti toplam iç yansıma (TIR) ​​maruz kaldığında da fiber optik dalga kılavuzları hesaplama ve telekomünikasyon uygulamaları için ışık büyük mesafeler (km) yol sağlar etkisi Snell Kanunu, tarif edildiği gibi kaybolan alan oluşur. Pratik uygulamalarda, kaybolan alan zayıflatılmış toplam yansıma spektroskopisi (ATR) de dahil olmak üzere, karakterizasyon ve görüntüleme teknolojilerinin çok çeşitli kullanılır. Görüntüleme ilgi numune içine ilk birkaç yüz nanometre içinde sebebiyle ışık hapsi yüksek kontrast elde edilir. kaybolan alan bir exponentiall şeklini alırDenklem 3 ve 4 'de gösterildiği gibi dalga boyu mertebesinde tipik olarak bir optik penetrasyon derinliğine dış ortama doğru uzanan Y çürüyen bir alanı (genellikle yaklaşık 500 nm ya da daha az) kullanılır.

Equation3

Ben prizma / numune arayüzünden bir konum z de% olarak ışık şiddeti, nerede olduğunu 0 arayüzünde% ilk ışık yoğunluğu, z nanometre mesafedir ve δ p denklemde gösterildiği gibi optik penetrasyon derinliği böyle küçük bir optik penetrasyon derinliği ile 4., kaybolan alan iki malzemenin arayüzü çok yakın ve iyi optik ve akustik kırınım sınırlarının altında çevre ile etkileşim yapabiliyor. Bu aralık içinde malzeme veya parçacıkların optik özellikleri, yöntem 3 çeşitli saptanabilir bir etkileşim üretimini değiştirebilir alan karıştırmayı veya başka bir şekilde olabilir5,6,10,15,17,18,21,23,25-27,29-47,84-95.

Kaybolan teknikler PAS ile bir araya getirildiğinde ortaya çıkan foto akustik dalga, Şekil 1 'de gösterildiği gibi temel photoacoustics teknikleri (EFPA) ailesi. Bu aile içeren kaybolan-alan yaratmak, kaybolan alanı ile etkileşim malzemelerin veya partiküller karakterize etmek için kullanılabilir, ancak, toplam iç yansıma foto akustik spektroskopisi (TIRPAS), optik tünel foto akustik spektroskopisi (OTPAS) ve yüzey plasmon rezonans spektroskopisi foto akustik (SPRPAS) ile sınırlı değildir. İlgilenen okuyucu TIRPAS 5,6,18,23,25,26,33-35,43-47, PAS / TIRPAS Refraktometri 18 için kullanılan denklemlerin matematik için aşağıdaki referanslara bakın ve OTPAS 6 olmalıdır. Her iki durumda da, foto akustik etkisi bir prizmadan basit bir geçirgenliği farklı uyarım mekanizması ile oluşturulur; Örneğin, TIRPAS, ışık evanescently olduğuSPRPAS içinde, uyarma birincil modu yüzey plazmon emilimini yoluyla yerine ise, (örnek malzemenin kendisi veya numune içinde misafir molekülleri içerebilir) kromoforlar bir prizma / substrat / numune arayüzü üzerinden bağlanmış ikinci bir EM dalgası kaybolan alanın enerjisi prizma yüzeyi üzerine biriktirilmiş bir metal tabaka elektron bulutu aktarılır oluşturulur. Tekniklerinin Bu aile aslen Hinoue ve ark. 1980'lerin başında icat ve T. Inagaki ark üzerine geliştirilmiş. SPRPAS icadı ile, fakat ışık kaynakları ve mevcut algılama donanımları teknik sınırlamalar çok az gelişmeyi gördü . (ND: YAG) lazer Daha yakın zamanda, daha önceki araştırmalar duyarlılık ve yardımcı Modern poliviniliden florür (PVDF), ultrasonik detektör ve Q-anahtarlı neodim-takviyeli itriyum alüminyum gamet ile mümkündür arttığını göstermiştir. Özellikle, Nd nanosaniyelik-darbeli: YAGlazerler malzeme ve arabirimler 5,6,15,18,21-29,31-47,84 çeşitli optik özelliklerini değerlendirmek için yararlı araçlar haline EFPA teknikleri sunar tepe gücünün bir 10 6 kat artış ile sonuçlanır 96. Buna ek olarak, daha önceki çalışmalarda da nedeniyle nispeten geniş etki 53,55,57,59 geleneksel foto akustik Spektroskopisi (PAS) teknolojileri ile elde önce hiçbir zaman bir arayüz malzemeleri ile ilgili yapısal bilgi belirlemek için bu tekniklerin yeteneği göstermiştir, 61,62,69,73,75,80,81.

Bu yetenek OTPAS tekniği altında aşağıdaki protokoller gösterilir; Bununla birlikte, daha temel bir seviyede üç teknik her teknoloji yeteneklerini belirleyen farklı bir kesin denklem, dayanır. Örneğin, TIRPAS, çabuk kaybolan alan optik nüfuz derinliği, δ 'p, öncelikle elde akustik tahrikemici numuneye sinyal yoğunluğu ve tarif edilir:

Equation4

λ 1 prizma ortamı ile seyahat ışığın dalga boyu ve ilişki l ile tanımlanmaktadır burada 1 = λ / n 1 n, 1 prizma malzemenin kırılma endeksi olmasıdır. Buna ek olarak, θ uyarım açısına değinmektedir ve n, 21, her ortamın kırılma indekslerinin oranı belirtir ve n 2 örnek malzemenin kırılma endeksi, n 21 = n, 2 / n = 1, ile tanımlanır. Optik penetrasyon derinliği daha büyük, daha fazla malzeme ışınlanmış ediliyor. foto akustik etki için, optik penetrasyon derinliği arttıkça, malzeme bu daha büyük bir akustik sinyal yol açan akustik dalgalar üretebilen heyecanlı ediliyor.

Equation5

n, 1 prizma kırılma indeksi olduğu, θ 1 prizma / numune arayüzü geliş açısı, n, 2, numunenin kırılma endeksi ve θ 2 saniye boyunca kırılan ışığın açısı orta. Bir malzemenin kırılma endeksi tahmin duyarlılığı esas θ 1 genliği azalan bir alan oluşturur kritik açı, sin 2 = 1 dışında olduğunda elde edilir, toplam iç yansıma İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin 1. tahmininde, doğruluğu ile tahrik edilir ve bu nedenle, Denklem 5 N2 = n, 1 sinθ 1 düşer. (Not: θ 1 =θ sayısal türevi (p tepe foto akustik sinyali voltajı ¸ zirve DP / dθ foto akustik sinyalin numune ile ışık geliş açısı) açıyı bilerek) önemli bir yerel minimum izin verir kullanıcı N2 çözmek ve böylece Şekil 1 'de gösterildiği gibi, bir numunenin hacimli refraktif indeks tahmin sağlar İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin 1 tahmini için.

Son olarak, OTPAS olarak, aşağıdaki denklem ile en yüksek gerilime foto akustik zirve% optik iletim ile ilgilidir:

Equation6

T oranında optik iletim olduğu, s üzerinde bir film ile bir alt-tabaka açısal spektrum tarafından üretilen tepe-tepe voltajıdır, p, 0, açısal spektrumu o tarafından oluşturulan tepe-tepe voltajıdırFA alt-tabaka, β prizması immersiyon kırılma endeksi dayalı bağlanma sabitidir, α zayıflatma faktörü ve kalınlık ve kaybolan alanında örnek filmin kırılma indeks içeren bir etkendir. Bu tekniğin duyarlılığı kalınlık ve kırılma indisi açısal spektrumunda sıklığı her açıda akustik sinyal yoğunlukları, s ve s 0 tepe noktasını tahmin doğruluğu ile tahrik edilir. Β doğrudan prizması immersiyon kırılma indeksleri dayalı olarak hesaplanabilir gösterilmiştir; Sonuç olarak, bunun neticesinde, her açıda optik geçirgenliği hesaplamak ve istatistik eğri uydurma analizi yoluyla filmin kırılma indisi ve kalınlık için tahmini bir değer elde etmek için kolay bir iştir. İlgilenen okuyucu Goldschmidt ark başvurmalıdır. Daha fazla bilgi için. 5,6

TO sistemi kalınlığı, ince film kırılma indeksine, hacimli refraktif indeksi hesaplanmıştır ve algılama için optik emme yoluyla akustik sinyalleri üretebilen bir foto akustik bazlı bir sistemdir Efpa. Sistem bir lazer oluşan bir optik tren prizma / örnek ve lazer enerji ölçümü tarafına ışık kılavuzuna. Şekil 2'de gösterildiği gibi, lazer enerji ölçümü yan gelen lazer enerjisine foto akustik sinyal normalize etmek için kullanılır. EFPA sistem kademeli motor sürücü tarafından PAS / TIRPAS refraktometre ve OTPAS açısal spektrumları için / numune prizma döndürmek için . Sistem dijital toplama kartı üzerinden veri elde ve ev programında aracılığıyla bir kullanıcı arabirimi ve otomatik sahne kontrolü sağlar.

Protocol

1. Sistem kurma

  1. Bir 10 MHz ultrasonik güç ön yüzüne 9 mm çapında, 1 mm kalınlığında, kırmızı lateks kauçuk silindir uygun ve 6 mm kalınlığında bir 9 mm çapında, 1 mm kalınlığında, kırmızı lateks kauçuk silindir bağlı siyanoakrilat epoksi kullanımı siyanoakrilat epoksi kullanarak Daha sonra referans ultrasonik güç aynı şekilde epoxied olan akrilik blok akustik ayırıcı olarak hareket etmek.
  2. İlk lazer tarafından vurulduktan bir ışın genişletici sahip bir optik tren ayarlayın. Sonra manuel ayarlanabilir diyafram ikinci yerleştirin. Nihayet üçüncü eleman olarak bir polarize ışın ayırıcı küp kullanmak ve olmayan polarize ışın ayırıcı her çıkışta EFPA prizma tutucu ultrasonik dönüştürücüyü değil EFPA prizma tutucu ve dönüştürücüyü yerleştirin.
    Not: polarize edici demet bölücü küp bu her EFPA teknikleri doğru bir şekilde çalışması için önemli olduğu uyarma için saf tek polarizasyon sağlamak için kullanılır.
  3. masraf ExpandYAG lazer: q-anahtarlı ND en az 3X bir ışın genişletici yaratmak için lensler kullanarak lazer ışını ing.
    Not: ışın insidansı değişen açılarda prizmasından kırılma nedeniyle kapalı yürümek lazer ışığına rağmen düzgün sensör fonksiyonunu sağlamak amacıyla örnek dönüştürücüye lateks kauçuk emici göre kasıtlı büyük boyutlu.
  4. prizma yakın montaj düz tarafı dijital seviyesini kullanarak bir 0 ° açı ayarlanır şekilde optik tren ve EFPA prizma tutucu aynı hizaya getirin. Bu deneyler sırasında tahsil edilecektir açısal spektrum verileri için doğru bir başlangıç ​​noktası sağlamaktadır.
  5. Bağlayın ve bilgisayar osiloskop, step motor sürücüsü, ultrasonik dönüştürücüler ve XY motorları gibi harici cihazlara güç. Fiziksel dönüştürücüyü bağlanamıyor EFPA prizmanın içinde CH0 monte ve fiziksel olarak EFPA prizması içinde dönüştürücü 50 ohm BNC kablolar aracılığıyla Ch1 monte bağlayın. Yazılım tanımak için önceden programlanırBu özel kanallardan kostik sinyaller.

2. EFPA Sistemi başlatma ve Optik Hizalama

  1. El ile bir 1 mm çapa ışını engellemek için ayarlanabilir diyafram ayarlayın.
  2. Programlama yazılımı (örneğin, LabVIEW) başlatın, prizma / numune arayüzünde 70 ° uyarma için gerekli açıya montaj taşımak için yeşil "hareket" düğmesine basarak 70 ° açısını ayarlamak.
  3. Uygun lazer güvenlik gözlükleri kullanarak (532 nm OD 7+), yan dik lazer ışınına prizma içine bakmak ve elle X sahneye taşımak ve Y 1 mm lazer nokta floresan görünür oluncaya kadar elle tekerlekleri kullanarak eksenleri lastik lateks. ışın lateks merkezli olduğundan emin olun.
  4. maksimum açılması elle ayarlanabilir diyafram genişletin ve (kırmızı l EFPA prizma montaj lazer enerjisi ölçüm foto akustik sinyal hem sağlamak için programın çalışan ön panelinde bakmakine) ve lazer enerjisi ölçüm tarafı (beyaz hattan foto akustik sinyal) görünür ve yaklaşık aynı genlik vardır.
  5. "DUR" butonuna basarak programı durdurun.
    Not: tuşuna basıldığında ise prizma manuel olarak test devam etmeden önce sıfırlamak zorunda olacak. başlatma protokolü tamamlandıktan sonra, TIRPAS, PAS / TIRPAS refraktometre veya OTPAS gerçekleştirilebilir.

3. TIRPAS Teknik

  1. Şekil 3'te gösterildiği gibi, sonra, prizma merkezi üzerine kullanılan prizma tipine uygun daldırma yağ indeksi, 2.5 ul koyun. Plastik prizma montaj adaptörü prizma koyun ve bunun üzerine bir alt-tabaka koyarak yağ sandviç yağ tabakası.
  2. Şekil 3'te gösterildiği gibi, EFPA transdüktörün monte edilen dönüştürücüye bağlı lateks kauçuk numunenin 25 ul koyun, böylece kabarcık oluşumu olmadan kat tüm yüzeyi olduğu. örnek canBu boya çözeltisi, bir biyolojik sıvı ya da bir çözelti içinde süspansiyon haline getirilmiş, bir analit olarak herhangi bir optik olarak emici malzeme olabilir. örnek herhangi bir şekilde hazırlanması gerekmektedir. prizma monte ve her vida için 16.75 g / mm bir dizi torkla montaj vidalarını birlikte montaj sıkın sıkıştırın.
  3. "Kur" sekmesini seçin ve açılan menüden "Setup" seçeneğini seçin.
  4. Programı başlıklı OTPAS ince film analyzer_USB-5133.vi (Ek Dosya) çalıştırın.
  5. Şekil 4'te gösterildiği gibi, numune tarafından üretilen akustik sinyal görüntüsü.
    Not: insidans açısı numunenin daha ince ya da daha kalın bir optik bölümleri gözlemlemek için kaybolan alan optik penetrasyon derinliğini kontrol etmek için değiştirilebilir.

4. PAS / TIRPAS Refraktometri

  1. Şekil 3'te gösterildiği gibi, plastik prizma montaj adaptörü prizma yerleştirin. Daha sonra, th üzerine, kullanılan prizmanın tipine uygun daldırma yağ endeksinin 2.5 ul yerleştirinE prizma merkezi ve yağ tabakasının üzerine bir alt-tabaka koyarak yağ sandviç.
  2. . Şekil 3'te görüldüğü gibi EFPA transduser olarak dönüştürücüye monte bağlı kauçuk parça üzerine numunenin 25 ul yerleştirin prizma monte ve her vida için 16.75 g / mm bir dizi torkla montaj vidalarını birlikte montaj sıkın sıkıştırın.
  3. "Eğik Spectrum" sekmesini seçin ve açılır menüden üzerine "Açısal Spectrum" seçeneğini seçin. Sonra, Tablo 1 'de gösterildiği gibi, programa uygun parametreler.
  4. Programı çalıştırın ve açısal spektrum tamamlanmış ve program sona erene kadar bekleyin.
  5. Sağ açısal spektrum grafiğinde tıklayın ve verileri kaydetmek ve .csv dosyasını açmak için "excel İhracat → İhracat verileri" seçeneğini seçin.
    1. Bir grafik programında bu verileri (örneğin, KaleidaGraph) açın ve "Makrolar" yazılı ve seçme & # üzerinde bir sayısal türevi gerçekleştirmek34 Türev ". Girdi uygun sütunlar üzerinde türevini almak ve basın" "Tamam ve sayısal türev hesaplanacaktır.
    2. açı vs sayısal türev grafik ve "Eğri uygun" seçeneğini seçin. "Smooth" seçeneğini 5,18,98 seçin ve veri gürültü düzeltmek için sığdırmak için "Eğrisi uygun seçimler" başlığı altında veri onay kutusunu işaretleyin. "Görünüm" başlığı altında aşağı oku seçin ve başka bir sütuna eğri fit veri ayıklamak için "veri penceresine kopyala eğri uyum" seçeneğini seçin.
  6. El ile TIRPAS rejimlerine PAS bir geçiş gösterir, yerel minimum ve geliş karşılık gelen açıyı bulmak için eğri üzerinden arama. Şekil 5'te gösterildiği gibi, bu minimum hesaplanan kritik açıya karşılık gelir. Denklemi n örnek = n prizma sin θ C ile dalga bilinmeyen numune hacimli refraktif indeks hesaplanmasıuzunluğu lazer sorgulama için de kullanılır. Tipik sonuçlar, Tablo 1 'de gösterilmektedir.

5. OTPAS

  1. prizma ortasına (kullanılan cam tipine uygun dizin) immersiyon 2.5 ul koyun.
  2. (Uzak prizmadan) test edilecek filmi yüzü yukarı film veya alt tabakayı yerleştirin ve hiçbir kabarcıklar yerleştirme sırasında oluşan emin olun.
    Not: kabarcıklar oluşturan ise, örnek film veya alt tabakayı kaldırmak ve uygulama yeniden deneyin.
  3. lateks kauçuk immersiyon 25 ul yerleştirin kabarcık oluşumu olmadan daldırma yağ mont tüm yüzey böylece.
  4. Şekil 3'te görüldüğü gibi. Alt tabaka / film tabakalarının sıkıştırmak her vida için aynı olmalıdır 16.75 g / mm bir dizi tork montaj vidalarını sıkın.
    Not: protokolünde Tork anahtarı, oz.-in. nedenle 16.75 g / aa ~ 15 oz.-in. olduğunu
  5. "Eğik Spectrum" sekmesini seçin ve erkekler açılır üzerinde "Açısal Spectrum" i seçinu. Sonra, Tablo 3'te gösterildiği gibi, programa uygun parametreler.
  6. Programı çalıştırın ve açısal spektrum tamamlanmış ve program sona erene kadar bekleyin.
  7. Şekil 6'da gösterildiği gibi (daha önce yapılmadı hangisi) alt tabaka veya film kullanarak adımlar 5.1-5.6 gerçekleştirerek testi yeniden çalıştırın.
  8. açılan kutuda "Eğrisi Montaj" seçin ve "Eğri uydurma" sekmesini seçin. Sonraki, Tablo 5'te gösterildiği gibi giriş uygun parametreler. "Örnek" altında filmi tarama seçin. "Yüzey" altında tabaka tarama seçin.
  9. Tablo 4'te gösterildiği gibi, tarama için giriş kırılma indisi, polarizasyon ve diğer seçenekler, daha önce adımlar 5,1-5,6 çalışır.
  10. açılan kutuda "Montaj Eğrisi" seçerek ve "Eğri Uydurma" sekmesini seçerek programı çalıştırın. kırılma indeksi ve kalınlık altında gözlemlemek4;. Film RI "ve" programın grafik kullanıcı arayüzü sağ üst köşesinde gösterilen filmi "kalınlığı Tipik veri Şekil 7'de gösterilmiştir.
  11. Adım 5.10 ve tekrar veri toplu fit taramalarının sayısını girilmesi ve çıkış için bir .csv dosyasını seçerek bir kerede birçok tarama sığdırmak için "Toplu uygun" seçeneğini kullanın.
    Not: Program çalıştırıldıktan sonra o .csv veri ve çıkış tüm kırılma indeksi, kalınlığı ve kalıntı değerleri her set uyacaktır. Bu iş için için, taramalar vb scan_001.csv, tarama 002.csv gibi sayısal listesinde olmalıdır

Representative Results

Sonuçlar TIRPAS, PAS / TIRPAS refraktometre ve EFPA platformu içinde subtechniques olan OTPAS için gösterilmiştir. Şekil 4, emici numuneden üretilen bir temsili TIRPAS akustik dalga göstermektedir. Akustik dalga iki kutuplu yapısı TIRPAS tekniğin özelliğidir ve TIRPAS oluştuğunu gösterir. Bu iki kutuplu dalga nedeniyle akustik empedans büyük bir fark numune ve cam substrat arasındaki arayüzü akustik yansıma nedeniyle oluşur. PAS / TIRPAS refraktometri Şekil 5 ve Tablo 1 için elde edilmiştir. Şekil 5, eğik spektrumu ve hacimli refraktif indeks tahmin etmek için test edilmekte olan bir numune için elde edilen sayısal türevini gösterir. Tablo 1 tahmin PAS / TIRPAS refraktometre kullanılarak gerçekleştirilen sonuçları göstermektedir iştigal bir su / PEG / doğrudan kırmızı boya karışımının kütle kırılma endeksiStandart bir el refraktometre kullanarak toplu refraktif indeks tahminine kırmızı. Son olarak, OTPAS sonuçları Şekil 7 ve Tablo 2 'de gösterilmiştir. 7 alınan açısal iki tarama rakamlar göstermektedir OTPAS. Tablo 2 OTPAS aynı ince film örneklerinin spektroskopik Elipsometri arasındaki bir karşılaştırmayı göstermektedir.

Şekil 1
EFPA. EFPA Şekil 1. Subtechnologies şu üç farklı alt-teknolojilerin oluşur. Bu teknolojiler TIRPAS, PAS / TIRPAS refraktometre ve OTPAS bulunmaktadır. Her teknik türetmek veya farklı özelliklerini belirlemek için malzemeler değerlendirebilir. TIRPAS biyoalgı amaçlı optik absorpsiyon dayalı malzemeler algılar, PAS / TIRPAS Refraktometri toplu kırılma endeksi değerlendirir ve OTPAS ince film kırılma indeksinin değerlendirird kalınlığı. TIRPAS olarak, kritik açı θ c ötesinde ışık optik emici ile etkileşim üzerine bir ses dalgası üretebilir bir kaybolan alan oluşturur. PAS / TIRPAS refraktometre içinde, TIRPAS ve PAS dalga hem kaybolan alanı foto akustik uyarımı ve geleneksel foto akustik uyarımı hem elde edilir. açısal spektrumu grafiğinde bu iki farklı çizilmesi ile, geçiş açısı daha sonra refraktif indeksi elde etmek için kullanılabilecek, gözlemlenebilir. Son olarak, OTPAS olarak, akustik sinyallerin bir spektrum, bir alt-tabaka üzerinde ince bir film ve çıplak alt-tabaka hem de kritik açı θ c ötesinde lazer ışınlaması ile elde edilir. Veri doğrusal olmayan bir eğri algoritma uygulanarak, ince film kalınlığı ve kırılma indeksi elde edilebilir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.


. Şekil 2. EFPA şematik / fotoğraf Sol: lazer ışını lateks kauçuk kaplı algılama alanını aşırı dolmasına genişletilmesi gerektiğini EFPA kurmak için. gösterildiği gibi kiriş başlangıçta prizma için 45 derecelik bir açıda olmalıdır. Sağ:. Optik tren gösteren kurulum Fotoğraf bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3. Örnek yükleme. Örnekler alt tabakaya immersiyon yoluyla optik temas prizma ile yüklenir. TIRPAS ya PAS / TIRPAS refraktometre, direkt sıvı temas testleri için alt-tabaka üzerinde numune ile elde edilir. OTPAS, optik bağlaştıncı uçtan bir uca olarakoptik tünel gerçekleşmesi için ugh substrat ve kırmızı lateks kauçuk arasında ek daldırma yağı sağlar. Bağlama sonra birlikte bir tork anahtarı kullanarak ve vidaları montaj kenetlenir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
Şekil 4. TIRPAS tipik veri. TIRPAS dalga genellikle TIRPAS yönteminin karakteristik iki kutuplu akustik sinyal görünüme sahip. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
Şekil 5. PAS / tipik verileri TIRPAS. </ Strong> Sol: insidansı çeşitli açılarda örnek ışınlanması ile elde edilir Açısal spektrum verileri. Sağ: sırayla kritik açı pozisyonuna karşılık gelen TIRPAS rejimlerine PAS, geçiş gösteren bir yerel minimuma ortaya sol rakamın Sayısal türev. Izni ile yayımlanmaktadır. 18 bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 6,
Şekil 6. Program akış şeması. Program bir kaç iteratif adımda çalıştırılır. prizma montaj sıfır dereceye ayarlanır ve daha sonra parametreler programı çalıştırmadan önce seçilir. Daha sonra program bir alt-tabaka ve bir film, her iki açısal spektrumunu elde etmek için çalıştırılır. Son olarak, bir eğri filmi kırılma indeksi ve kalınlık tahmin etmek verilere uyum. Izni ile yayımlanmaktadır. 6. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 7,
. Şekil 7. OTPAS tipik veriler Sol: Bu rakam bir MgF2 film ve sırasıyla bir N-BK7 substrat açısal spektrum taramaları gösterir. Sağ N-BK7 alt-tabaka taraması ile MgF2 filmi açısal tayfı taraması bölünmesi ve sabit faktörü beta ile çarparak, geliş açısına karşı optik tünel (%) derecesi refraktif tahminine olanak sağlayan, elde edilebilir indeks ve ince film kalınlığı. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

PAS / TIRPAS örnek 1 örnek 2 örnek 3 örnek 4 numune 5 Atago R-5000
Direkt Kırmızı / PEG
125 ug / ml 		1.395 1.395 1.395 1.395 1.395 1,395-1,397
Direkt Kırmızı / PEG
250 ug / ml 		1.39 1.39 1.39 1.39 1.39 1,390-1,396
Direkt Kırmızı / PEG
500 ug / ml 		1.388 1.389 1.389 1.389 1.389 1,381-1,395
Direkt Kırmızı / PEG
750 ug / ml 		1.382 1.382 1.387 1.387 1.387 1,372-1,395
miyoglobin
460 ug / ml 		1.33 1,329 1,331 1.33 1,331 1,335

Tablo 1. PAS / TIRPAS sonuçları. Aşağıdaki tabloda refraktif indeks yükseltmek için karışık% 50 PEG ile doğrudan kırmızı boya için tipik sonuçlarını gösterir. Izni ile yayımlanmaktadır. 18

Test tipi teknik Film tipi Kırılma indisi Kalınlığı (nm)
Intrasample OTPAS MgF2 200 nm 1.384 ± 0.004 203 ± 6
Intrasample ellipsometry MgF2 200 nm 1.393 ± 0.001 192,4 ± 1.1
Intersample OTPAS MgF2 200 nm 1.395 ± 0.011 220 ± 19
Intersample elipsometri MgF2 200 nm 1.392 ± 0.002 195,2 ± 1.8

Tablo 2. OTPAS sonuç. Aşağıdaki tablo spektroskopik Elipsometri vs OTPAS 200 nm MgF2 ince filmler için tipik sonuçlarını gösterir. Intrasample intersample ise bağımsız on film test anlamına gelir, bir tek filmi on kere test anlamına gelir. Izni ile yayımlanmaktadır. 6

Ortalamalar arasında 1 Başlangıç ​​açısı 60 Isınma (dakika) 0 Kırılma indeksi (prizma) 1.519
# taramaları 1 adım boyutu 0.1 Şuraya kaydet "DosyaAdınız" .csv microstep # 10
Set Q-switch 275 Dur açısı 80 Lazer seçin Surelite Hız (rpm) 500
Hata toleransı (%) 5 Lazer başlangıç üzerinde Alçak geçiren filtre (progVeri deposu) 1.00 x 10 7 Hızlanma (RPS) 200

Tablo PAS / TIRPAS refraktometre 3. Açısal spektrum ayarları. Aşağıdaki tabloda PAS / TIRPAS refraktometre bir açısal yelpazenin için gerekli ayarları gösterir.

Ortalamalar arasında 64 Başlangıç ​​açısı 70 Isınma (dakika) 1 Kırılma indeksi (prizma) 1.519
# taramaları 1 adım boyutu 0.1 Şuraya kaydet "DosyaAdınız &# 8221; .csv microstep # 10
Set Q-switch 275 Dur açısı 72 Lazer seçin Surelite Hız (rpm) 500
Hata toleransı (%) 5 Lazer başlangıç üzerinde Alçak geçiren filtre (programı) 1.00 x 10 7 Hızlanma (RPS) 200

Masa OTPAS 4. Açısal spektrum ayarları. Aşağıdaki tabloda, OTPAS bir açısal yelpazenin için gerekli ayarları gösterir.

Düşük bir kırılma indisi 1 </ Td> Hata payı 1.00 x 10 -12 çoğaltıcı RI 1.519 Yüzey verileri yourfilename.csv seçin
alt kalınlık 0 nm Kırılma indeksi tahmin 1.3 dalga boyu 532 nm Çoklu dosyalar kaydetmek yourfilename.csv seçin
üst kalınlık 1000 nm kalınlığı tahmin 200 nm polarizasyon P polarize Kaç dosya size uygun istediğiniz dosyaların arasında
Maksimum yineleme 5000 Yüzeyri 1.519 Film verileri yourfilename.csv seçin Uyum tipi Tek bir uyum / Toplu uyum

Tablo 5. Eğri uydurma parametreleri. Aşağıdaki tablo doğru parametre tahmini için gerekli olan eğri uydurma parametreleri gösterir.

Yan Kod Dosya:. OTPAS ince film analyzer_USB-5133.vi bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız.

Disclosures

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarları olduğunu beyan ederim.

Acknowledgments

Bu proje Ulusal Bilim Vakfı Brige Ödülü (1221019) tarafından finanse edildi.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Byrappa, K., Kumar, B. V. S. Characterization of zeolites by infrared spectroscopy. Asian J Chem. 19 (6), 4933-4935 (2007).
  2. Coquil, T., Richman, E. K., Hutchinson, N. J., Tolbert, S. H., Pilon, L. Thermal conductivity of cubic and hexagonal mesoporous silica thin films. J Appl Phys. 106 (3), 034910 (2009).
  3. Courjon, D. Near-Field Microscopy and Near-Field Optics. , Imperial College Press. (2003).
  4. Dultsev, F. N. Investigation of the microporous structure of porous layers using ellipsometric adsorption porometry. Thin Solid Films. 458 (1-2), 137-142 (2004).
  5. Goldschmidt, B. S. Photoacoustic Evaluation of Surfaces via Pulsed Evanescent Field Interaction. , University of Missouri. Doctor of Philosophy thesis (2014).
  6. Goldschmidt, B. S., et al. Characterization of MgF2 thin films using optical tunneling photoacoustic spectroscopy. Opt Laser Technol. 73, 146-155 (2015).
  7. Junno, T., Anand, S., Deppert, K., Montelius, L., Samuelson, L. Contact mode atomic force microscopy imaging of nanometer-sized particles. Appl Phys Lett. 66 (24), 3295 (1995).
  8. Kang, T., Oh, S., Hong, S., Moon, J., Yi, J. Mesoporous silica thin films as a spatially extended probe of interfacial electric fields for amplified signal transduction in surface plasmon resonance spectroscopy. Chem Commun. (28), 2998-3000 (2006).
  9. Kresge, C. T., Leonowicz, M. E., Roth, W. J., Vartuli, J. C., Beck, J. S. Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanism. Nature. 359 (6397), 710-712 (1992).
  10. Lew, C. M., Cai, R., Yan, Y. Zeolite Thin Films: From Computer Chips to Space Stations. Acc Chem Res. 43 (2), 210-219 (2010).
  11. Marchand, D. J., Hsiao, E., Kim, S. H. Non-contact AFM imaging in water using electrically driven cantilever vibration. Langmuir. 29 (22), 6762-6769 (2013).
  12. Yamada, T., et al. Surface Photovoltage NO Gas Sensor with Properties Dependent on the Structure of the Self-Ordered Mesoporous Silicate Film. Adv Mater. 14 (11), 812-815 (2002).
  13. Harrick, N. J. Internal Reflection Spectroscopy. Harrick Scientific Corporation. , (1987).
  14. Splinter, R., Hooper, B. A. An Introduction to Biomedical Optics (Optics and Optoelectronics). , Taylor and Francis, Inc. (2006).
  15. Sathiyamoorthy, K., Joseph, J., Hon, C. J., Matham, M. V. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 8001, Braga. (2011).
  16. Hernandez, C. M., Murray, T. W., Krishnaswamy, S. Photoacoustic characterization of the mechanical properties of thin films. Appl Phys Lett. 80 (4), 691 (2002).
  17. Veldhuis, G. J., Parriaux, O., Hoekstra, H. J. W. M., Lambeck, P. V. Sensitivity enhancement in evanescent optical waveguide sensors. J Lightwave Technol. 18 (5), 677-682 (2000).
  18. Goldschmidt, B. S., et al. Photoacoustic measurement of refractive index of dye solutions and myoglobin for biosensing applications. Biomed Opt Express. 4 (11), 2463-2476 (2013).
  19. Hansma, P. K., et al. Tapping mode atomic force microscopy in liquids. Appl Phys Lett. 64 (13), 1738 (1994).
  20. Shen, Y. C., Zhang, S. Y., Jiang, Y. S., Zhu, R., Wei, Y. Angular resonance absorption spectra of Langmuir-Blodgett films studied by the photoacoustic technique. Thin Solid Films. 248 (1), 36-40 (1994).
  21. Inagaki, T., Motosuga, M., Arakawa, E. T., Goudonnet, J. P. Coupled surface plasmons in periodically corrugated thin silver films. Phys Rev B Condens Matter. 32 (10), 6238-6245 (1985).
  22. Negm, S., Talaat, H. Effect of intrinsic surface roughness and other decay processes on surface plasmon polariton resonance halfwidth. Ultrasonics Symposium. 1, 509-514 (1992).
  23. Hinoue, T., Murata, H., Kawabe, M., Yokoyama, Y. Effects of thermal diffusion and solvent materials on photoacoustic signals in total internal reflection technique. Anal Sci. 2 (5), 407-410 (1986).
  24. Xu, M., Zhang, S., Inagaki, T. Investigation of optical resonance absorption on bigratings by photoacoustic angular spectroscopy. Shengxue Xuebao/Acta Acustica. 25 (5), 440-444 (2000).
  25. Hinoue, T., Kawabe, M., Yokoyama, Y. Measurement of concentration profile of dye at glass-solution interface by photoacoustic spectrometry coupled with total internal reflection technique. Bull Chem Soc Jpn. 60 (10), 3811-3813 (1987).
  26. Iwasaki, T., Sawada, T., Kamada, H., Fujishima, A., Honda, K. Observation of semiconductor electrode-dye solution interface by means of fluorescence and laser-induced photoacoustic spectroscopy. J Phys Chem. 83 (16), 2142-2145 (1979).
  27. Rothenhausler, B., Rabe, J., Korpiun, P., Knoll, W. On the decay of plasmon surface polaritons at smooth and rough Ag-air interfaces: A reflectance and photo-acoustic study. Surf Sci. 137 (1), 373-383 (1984).
  28. Jiang, Y., Zhang, S., Shao, H., Yuan, C. Optical properties of Langmuir-Blodgett films investigated by a photoacoustic technique. Appl Opt. 34 (1), 169-173 (1995).
  29. Inagaki, T., Goudonnet, J. P., Royer, P., Arakawa, E. T. Optical properties of silver island films in the attenuated-total-reflection geometry. Appl Opt. 25 (20), 3635-3639 (1986).
  30. Talaat, H., Bucaro, J. A., Huang, W., Macdiarmid, A. G. Photoacoustic detection of plasmon surface polaritons in heavily doped polyacetylene films. Synth Met. 10 (4), 245-253 (1985).
  31. Jung, C. S., Park, G., Kim, Y. D. Photoacoustic determination of field enhancement at a silver surface arising from resonant surface plasmon excitation. Appl Phys Lett. 47 (11), 1165-1167 (1985).
  32. Inagaki, T., Nakagawa, Y., Arakawa, E. T., Aas, D. J. Photoacoustic determination of radiative quantum efficiency of surface plasmons in silver films. Phys Rev B. 26 (12), 6421-6430 (1982).
  33. Hinoue, T., Shimahara, Y., Yokoyama, Y. Photoacoustic observation of solid-liquid interface by means of total internal reflection technique. Chem Lett. 12 (2), 225-228 (1983).
  34. Hinoue, T., Shimahara, Y., Murata, H., Yokoyama, Y. Photoacoustic spectrometry by total internal reflection technique: Dependence of photoacoustic signal intensity on concentration and optical path. Bunseki kagaku. 33 (11), E459-E466 (1984).
  35. Hinoue, T., Murata, H., Yokoyama, Y. Photoacoustic spectrometry coupled with total internal reflection technique : Theory and experiment. Anal Sci. 2 (5), 401-406 (1986).
  36. Inagaki, T., Kagami, K., Arakawa, E. T. Photoacoustic study of surface plasmons in metals. Appl Opt. 21 (5), 949-954 (1982).
  37. Negm, S., Talaat, H., Pelzl, J. Proceedings of the IEEE Ultrasonics Symposium. 2, IEEE. Piscataway, NJ, United States, Baltimore, MD, USA. 1259-1261 (1993).
  38. Talaat, H., Dardy, H. D. Ultrasonics Symposium Proceedings. 2, IEEE. New York, NY, USA, Atlanta, Ga, USA. 700-703 (1983).
  39. Royer, P., Goudonnet, J. P., Inagaki, T., Chabrier, G., Arakawa, E. T. Photoacoustic study of the optical absorption of oblate silver spheroids in attenuated-total-reflection geometry. Physica Status Solidi (a). 105 (2), 617-625 (1988).
  40. Abdallah, T., Negm, S., Talaat, H. Photoacoustic surface plasmon for the detection of nicotine. Egypt J Solids. 25 (2), 181-189 (2002).
  41. Negm, S., Talaat, H. Radiative and non-radiative decay of surface plasmons in thin metal films. Solid State Commun. 84 (1-2), 133-137 (1992).
  42. Negm, S., Talaat, H. Surface plasmon resonance halfwidths as measured using attenuated total reflection, forward scattering and photoacoustics. J Phys: Condens Matter. 1 (50), 10201-10205 (1989).
  43. Muessig, P. R., Diebold, G. J. Total internal reflectance optoacoustic spectroscopy. J Appl Phys. 54 (8), 4251 (1983).
  44. Sudduth, A. S. M., Goldschmidt, B. S., Samson, E. B., Whiteside, P. J. D., Viator, J. A. Total internal reflection photoacoustic detection spectroscopy. Progress in Biomedical Optics and Imaging. 7899, 78993E-78993E-78998 (2011).
  45. Goldschmidt, B. S., et al. Total internal reflection photoacoustic spectroscopy for the detection of beta-hematin. J Biomed Opt. 17 (6), 061212 (2012).
  46. Hinoue, T., Imamura, G., Yokoyama, Y. Study of the Adsorption Layer at the Glass-Dye Solution Interface by Variable Incidence-Angle Internal-Reflection Spectrometry. Bull Chem Soc Jpn. 66 (12), 3680-3685 (1993).
  47. Hinoue, T., Kawabe, M., Doi, S., Yokoyama, Y. Photoacoustic estimation of reflectivities at solid-liquid interfaces by using total internal reflection technique. Hyomen Kagaku. 10 (2), 129-134 (1989).
  48. Hinoue, T., Kawabe, M., Yokoyama, Y. Measurement of concentration profile of dye at glass-solution interface by photoacoustic spectrometry coupled with total internal reflection technique. Chem Soc Japan. 60, 3811-3813 (1987).
  49. Hinoue, T., Murata, H., Yokoyama, Y. Photoacoustic spectrometry coupled with total internal reflection technique: theory and experiment. Anal Sci. 2, 401-406 (1986).
  50. Kinney, J. B., Staley, R. H. Applications of photoacoustic spectroscopy. Annu Rev Mater Sci. 12, 295-321 (1982).
  51. McDonald, F. A., Wetsel, G. C. Jr Generalized theory of the photoacoustic effect. J Appl Phys. 49 (4), 2313-2322 (1978).
  52. Rosencwaig, A. Photo-acoustic spectroscopy of solids. Rev Sci Instrum. 48 (9), 1133-1137 (1977).
  53. Jacques, S. L., Palthauf, G., Viator, J. A. Photoacoustic imaging in biological tissues with pulsed lasers. Ann Biomed Eng. 28 (Suppl. 1), S-39 (2000).
  54. Xu, M., Wang, L. V. Photoacoustic imaging in biomedicine. Rev Sci Instrum. 77 (4), 041101 (2006).
  55. Rosencwaig, A. Photoacoustic spectroscopy. Annu Rev Biophys Bioeng. 9, 31-54 (1980).
  56. Hess, P. Photoacoustic, Photothermal and Photochemical Processes at Surfaces and in Thin Films. , Springer-Verlag. (1989).
  57. Rosencwaig, A. Photoacoustics and Photoacoustic Spectroscopy. , Wiley. (1980).
  58. Rosencwaig, A. Theoretical aspects of photoacoustic spectroscopy. J Appl Phys. 49 (5), 2905-2910 (1978).
  59. Rosencwaig, A., Gersho, A. Theory of the photoacoustic effect with solids. J Appl Phys. 47 (1), 64-69 (1976).
  60. Holan, S. H., Viator, J. A. Automated wavelet denoising of photoacoustic signals for circulating melanoma cell detection and burn image reconstruction. Phys Med Biol. 53 (12), N227-N236 (2008).
  61. Viator, J. A. Characterization of Photoacoustic Sources in Tissue Using Time Domain Measurements. , Oregon Graduate Institute of Science \& Technology. (2000).
  62. Viator, J. A., et al. Clinical testing of a photoacoustic probe for port wine stain depth determination. Lasers Surg Med. 30 (2), 141-148 (2002).
  63. Viator, J. A., et al. A comparative study of photoacoustic and reflectance methods for determination of epidermal melanin content. J Invest Dermatol. 122 (6), 1432-1439 (2004).
  64. Viator, J. A., Jacques, S. L., Prahl, S. A. Depth profiling of absorbing soft materials using photoacoustic methods. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 5 (4), 989-996 (1999).
  65. Weight, R. M., Viator, J. A. Detection of circulating tumor cells by photoacoustic flowmetry. Methods Mol Biol. 1102, 655-663 (2014).
  66. Gutierrez-Juarez, G., et al. Detection of melanoma cells in vitro using an optical detector of photoacoustic waves. Lasers Surg Med. 42 (3), 274-281 (2010).
  67. McCormack, D., Bhattacharyya, K., Kannan, R., Katti, K., Viator, J. A. Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE. 7564, (2010).
  68. McCormack, D., Bhattacharyya, K., Kannan, R., Katti, K. Enhanced photoacoustic detection of melanoma cells using gold nanoparticles. Lasers Surg Med. Viator, J. A. 43 (4), 333-338 (2011).
  69. Hu, S., Maslov, K., Tsytsarev, V., Wang, L. V. Functional transcranial brain imaging by optical-resolution photoacoustic microscopy. J Biomed Opt. 14 (4), 040503-040503-040503 (2009).
  70. Viator, J. A., et al. Gold nanoparticle mediated detection of prostate cancer cells using photoacoustic flowmetry with optical reflectance. J Biomed Nanotechnol. 6 (2), 187-191 (2010).
  71. Bhattacharyya, K., et al. Gold Nanoparticle-Mediated Detection of Circulating Cancer Cells. Clin Lab Med. 32 (1), 89-101 (2012).
  72. Galanzha, E. I., Shashkov, E. V., Tuchin, V. V., Zharov, V. P. In vivo multispectral, multiparameter, photoacoustic lymph flow cytometry with natural cell focusing, label-free detection and multicolor nanoparticle probes. Cytometry Part A. 73A (10), 884-894 (2008).
  73. Viator, J. A., Choi, B., Ambrose, M., Spanier, J., Nelson, J. S. In vivo port-wine stain depth determination with a photoacoustic probe. Appl Opt. 42 (16), 3215-3224 (2003).
  74. Wang, L. V. Multiscale photoacoustic microscopy and computed tomography. Nature Photonics. 3 (9), 503-509 (2009).
  75. Rousseau, G., Gauthier, B., Blouin, A., Monchalin, J. P. Non-contact biomedical photoacoustic and ultrasound imaging. J Biomed Opt. 17 (6), 061217-061211-061217-061217 (2012).
  76. Hochreiner, A., Bauer-Marschallinger, J., Burgholzer, P., Jakoby, B., Berer, T. Non-contact photoacoustic imaging using a fiber based interferometer with optical amplification. Biomed Opt Exp. 4 (11), 2322-2331 (2013).
  77. Wang, Y., Li, C., Wang, R. K. Noncontact photoacoustic imaging achieved by using a low-coherence interferometer as the acoustic detector. Opt Lett. 36 (20), 3975-3977 (2011).
  78. McCormack, D., et al. Photoacoustic detection of melanoma micrometastasis in sentinel lymph nodes. J Biomech Eng. 131 (7), 074519 (2009).
  79. Weight, R. M., Viator, J. A., Dale, P. S., Caldwell, C. W., Lisle, A. E. Photoacoustic detection of metastatic melanoma cells in the human circulatory system. Opt Lett. 31 (20), 2998-3000 (2006).
  80. Swearingen, J. A., Holan, S. H., Feldman, M. M., Viator, J. A. Photoacoustic discrimination of vascular and pigmented lesions using classical and Bayesian methods. J Biomed Opt. 15 (1), (2010).
  81. Talbert, R. J., Holan, S. H., Viator, J. A. Photoacoustic discrimination of viable and thermally coagulated blood using a two-wavelength method for burn injury monitoring. Phys Med Biol. 52 (7), 1815-1829 (2007).
  82. Samson, E. B., et al. Photoacoustic spectroscopy of beta-hematin. Journal of Optics. 14 (6), 065302 (2012).
  83. Goudonnet, J. P., Inagaki, T., Arakawa, E. T., Ferrell, T. L. Angular and polarization dependence of surface-enhanced Raman scattering in attenuated-total-reflection geometry. Phys Rev B. 36 (2), 917-921 (1987).
  84. Inagaki, T., Kagami, K., Arakawa, E. T. Photoacoustic observation of nonradiative decay of surface plasmons in silver. Phys Rev B. 24 (6), 3644-3646 (1981).
  85. Ruddy, V., MacCraith, B. D., Murphy, J. A. Evanescent wave absorption spectroscopy using multimode fibers. J Appl Phys. 67 (10), 6070-6074 (1990).
  86. Gupta, B. D., Singh, C. D. Fiber-optic evanescent field absorption sensor: A theoretical evaluation. iber Integr Opt. 13 (4), 433-443 (1994).
  87. Court, I. N., von Willisen, F. K. Frustrated Total Internal Reflection and Application of Its Principle to Laser Cavity Design. Appl Opt. 3 (6), 719-726 (1964).
  88. Suter, J. D., Sun, Y., Howard, D. J., Viator, J. A., Fan, X. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 7056, (2008).
  89. DeGrandpre, M. D., Burgess, L. W. Long path fiber-optic sensor for evanescent field absorbance measurements. Anal Chem. 60 (23), 2582-2586 (1988).
  90. Sun, Y., et al. Optofluidic ring resonator sensors for rapid DNT vapor detection. Analyst. 134 (7), 1386-1391 (2009).
  91. Mukundan, H., et al. Waveguide-Based Biosensors for Pathogen Detection. Sensors. 9 (7), 5783-5809 (2009).
  92. Gohring, J. T., Dale, P. S., Fan, X. Detection of HER2 breast cancer biomarker using the opto-fluidic ring resonator biosensor. Sensors and Actuators B: Chemical. 146 (1), 226-230 (2010).
  93. Sai, V. V. R., et al. Label-free fiber optic biosensor based on evanescent wave absorbance at 280nm. Sensors Actuators B: Chem. 143 (2), 724-730 (2010).
  94. Wang, F., Anderson, M., Bernards, M. T., Hunt, H. K. PEG Functionalization of Whispering Gallery Mode Optical Microresonator Biosensors to Minimize Non-Specific Adsorption during Targeted, Label-Free Sensing. Sensors (Basel). 15 (8), 18040-18060 (2015).
  95. Leung, A., Shankar, P. M., Mutharasan, R. A review of fiber-optic biosensors. Sensors Actuators B: Chem. 125 (2), 688-703 (2007).
  96. Saavedra, S. S., Reichert, W. M. Integrated optical attenuated total reflection spectrometry of aqueous superstrates using prism-coupled polymer waveguides. Anal Chem. 62 (20), 2251-2256 (1990).
  97. Cargille Labs. Cargille Microscope Immersion Oils. , http://www.cargille.com/immeroil.shtml (2015).
  98. Stineman, R. W. A Consistently Well-Behaved Method of Interpolation. Creat. Comp. , 54-57 (1980).

Tags

Mühendislik Sayı 113 Toplam İç Yansıma foto akustik Spektroskopisi foto akustik Spektroskopi Optik Tünel foto akustik Spektroskopisi metroloji optik tünel kaybolan alan spektroskopisi süper çözünürlük Refraktometri emme ince filmler kırılma indeksi fizik
Evanescent Alan Bazlı photoacoustics: Optik Mülkiyet Değerlendirme Yüzeylerde
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Goldschmidt, B. S., Rudy, A. M.,… More

Goldschmidt, B. S., Rudy, A. M., Nowak, C. A., Tsay, Y., Whiteside, P. J. D., Hunt, H. K. Evanescent Field Based Photoacoustics: Optical Property Evaluation at Surfaces. J. Vis. Exp. (113), e54192, doi:10.3791/54192 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter