قياس التشتت الغير خطية من الجسيمات النانوية Plasmonic واحدة

الهدف العام من هذه التجربة هو إظهار تحسين الدقة من خلال التشتت غير الخطي من الهياكل النانوية البلازمونية. في مجال الفحص المجهري البصري ، يعد التباين والدقة من أهم العوامل. تتوسع تقنيتنا إلى مجال الدقة الفائقة مع التشتت الجديد القائم على التباين.

الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أن التشتت من الجسيمات النانوية قوي وغير خطي للغاية وغير مبيض. وسيكون إثبات الإجراء هسوان لي. طالب أكبر من مختبري.

سيتم إجراء التجربة على مقعد بصري. حيث يوجد مجهر ومصدران لليزر. أول مصدر ليزر هو ليزر موجة مستمرة 532 نانومتر يستخدم للتصوير.

والثاني هو ليزر فائق الاستمرارية يستخدم لقياسات التحليل الطيفي. هذا هو الرسم التخطيطي للإعداد الأساسي لكل من التصوير والتحليل الطيفي. سيتم تركيب العينات على مرحلة تحديد المواقع الكهروإجهادية في المجهر متحد البؤر.

يمر الضوء المنبعث من الليزر 532 نانومتر عبر مرشح كثافة محايد. يتم توجيه الحزمة بواسطة مقسم شعاع إلى مرايا galvano التي توفر مسحا نقطيا في المستوى البؤري لهدف المجهر متحد البؤر. يتم جمع الضوء المتناثر للخلف بواسطة الهدف والتركيز على الكاشف.

ابدأ بمحاذاة مسار إضاءة الضوء الأبيض للمجهر. استخدم مصدر ضوء الهالوجين تحت إضاءة أداة تجعيد الشعر. للتحقق من محاذاة القزحية الداخلية ، تأكد من ملاحظة الحواف الحادة على المثمن عبر العدسة أو CCD.

بعد ذلك ، استخدم قطعة من الورق للتحقق من مسار الضوء الخارجي. تحقق من أن الحزم تنعكس جزئيا بواسطة مقسم الشعاع وتنتشر باتجاه الليزر عن طريق تحريك الورق على طول مسار الضوء. الآن ، ضع أهدافا ورقية جاهزة للمساعدة في مزيد من التوافق.

يجب أن تكون الأهداف على ورق رقيق بحلقات متحدة المركز. ضع هذه الأهداف على طول مسار الحزمة بحيث تتماشى مع حزمة الهالوجين. هنا ، يكون الهدف في موضعه على الفتحة الخلفية للعدسة الشيئية.

هذا هدف آخر في موقعه على طول المسار البصري. بعد ذلك ، قم بتشغيل الليزر 532 نانومتر المستخدم للتصوير لمحاذاته. استخدم الأهداف الورقية للمساعدة في موازاة ضوء الليزر الساقط مقابل شعاع الهالوجين.

استمر في محاذاة دقيقة لشعاع الليزر قبل إزالة الأهداف والمتابعة. بعد محاذاة الليزر ، احصل على عينة من الكرة النانوية الذهبية المعدة للتجربة. تحتوي هذه العينة على 80 نانومتر من الكريات النانوية الذهبية في الزيت.

الخليط مغلق بين لوحين زجاجيين. استمر في تركيب العينة على مرحلة المجهر وإضافة زيت موضوعي. في هذه المرحلة ، قم بتجهيز نظام الكشف للتصوير.

اجمع الضوء المتناثر باستخدام أنبوب مضاعف الصورة في نهاية المسار البصري. مرة أخرى على طول مسار الشعاع ، لديك ثقب قطره 20 ميكرومتر لحجب الضوء المتناثر من أنبوب مضاعف الصورة. تابع التصوير عن طريق تشغيل مرايا galvano ومضاعف الصورة.

راقب شاشة الكمبيوتر لرؤية الماسح الضوئي الخلفي في إشارة الجسيمات النانوية الذهبية. قم بتعظيم الماسح الضوئي الخلفي في الإشارة عن طريق ضبط موضع الثقب وارتفاع مرحلة العينة. بعد محاذاة المجهر متحد البؤر ، قم بتمييز التشتت غير الخطي للعينة.

للقيام بذلك ، استخدم أولا مقياس الطاقة لقياس طاقة الليزر بعد العدسة الموضوعية. يجب أن تكون القراءة أقل من 10 ميكروواط تتوافق مع شدة إثارة أقل من 10 إلى أربعة واط لكل سنتيمتر مربع. بعد ذلك ، احصل على صورة لجزيئات الذهب النانوية باستخدام أنبوب مضاعف الصورة.

افتح الصورة الملتقطة في برنامج تحليل الصور لتوصيف ملف تعريف شدة التشتت. حدد كرة نانوية ذهبية من بين تلك الموجودة في الصورة وارسم خطا عبرها. بعد ذلك ، اتبع الخطوات المطلوبة في البرنامج لاسترداد ملف تعريف التشتت.

قم بتركيب ملف التعريف على gaussian مما يسمح بإجراء مزيد من الفحص على محاذاة نظام التصوير. الآن ، ابدأ في المسح بشكل منهجي من خلال شدة الإثارة. أولا ، قم بتغيير مرشح الكثافة المحايدة لزيادة شدة الإثارة.

حدد شدة الإثارة الجديدة وسجل صورة التشتت الخلفي بمستوى الشدة الجديد. استخدم الصورة لاستخراج ملف تعريف تشتت للكرة النانوية كما كان من قبل. ارسم ملف تعريف التشتت وحدد قيمته في مركز الكرة كإشارة تشتت.

كرر هذه الخطوات عدة مرات لبناء مخطط لإشارة التشتت مقابل شدة الإثارة. في هذا الشكل ، تمثل النقاط الزرقاء البيانات. الخط الأحمر هو تناسب متعدد الحدود.

هناك علاقة خطية بين إشارة التشتت والقيم المنخفضة لطاقة الإثارة. يشير الانخفاض إلى ما دون هذه العلاقة الخطية إلى حدوث التشبع. الخطوة التالية هي إجراء التحليل الطيفي على كرة نانوية ذهبية واحدة.

يوفر هذا المخطط نظرة عامة على الإعداد. استخدم مصدر ليزر فائق الاستمرارية بطول موجة يتراوح بين 450-1750 نانومتر. أيضا ، استخدم فاصل شعاع عريض النطاق 50/50 لضمان التغطية الطيفية على الطيف المرئي.

ضع مرآة قابلة للتقليب أمام أنبوب مضاعف الصورة لتوجيه الضوء نحو مطياف. وهو مجهز بجهاز مقترن بالشحن. يجب محاذاة الليزر الفائق الاستمرارية باستخدام نفس الإجراء مثل الليزر 532 نانومتر.

عند إخراج الليزر فائق الاستمرارية ، اتخذ بعض الاحتياطات لإزالة طاقة الأشعة تحت الحمراء الزائدة من النظام. ضع المرايا العاكسة للضوء المرئي في المسار البصري مباشرة بعد إخراج الليزر ، قبل إرسال الشعاع إلى المجهر. بالاقتران مع المرايا ، استخدم مقالب الشعاع لجمع الأشعة تحت الحمراء التي قد تلحق الضرر بالنظام.

مع محاذاة الليزر ، اكتساب وصورة الكريات النانوية الذهبية. عرض الصورة وتحديد كرة نانوية واحدة للدراسة. قم بإصلاح تركيز ضوء النطاق العريض الساقط على الكرة النانوية المختارة.

بعد ذلك ، تأكد من أن مقياس الطيف في المسار البصري. في هذا الموضع ، توجه مرآة التقليب الضوء الساقط إلى أنبوب مضاعف الصورة. أعد توجيه المرآة لتوجيه الضوء الساقط إلى مقياس الطيف.

تابع جمع البيانات حول طيف التشتت لجسيم الذهب النانوي الفردي. كما في هذا المثال ، سيكون الطيف المقاس مزيجا من تشتت الكرة النانوية والخلفية بسبب الانعكاسات. بعد أخذ الطيف ، أعد مرآة التقليب.

قم بتحويله لتوجيه الضوء إلى أنبوب مضاعف الصورة. التقط صورة أخرى للتأكد من أن الجسيم النانوي الذهبي لم يتغير موضعه. بعد ذلك ، قم بتحويل تركيز ضوء النطاق العريض إلى نقطة لا يوجد فيها جسيم.

قم بتغيير المرآة مرة أخرى لتوجيه الضوء إلى مقياس الطيف وتابع إجراء قياس طيف آخر. الطيف الجديد هو من الخلفية. سيتم طرحه من طيف الكرة النانوية الذهبية.

فيما يلي طيف التشتت الخلفي الواضح الناتج عن طرح طيف الخلفية من الطيف باستخدام الكريات النانوية الذهبية. يتطلب الفحص المجهري للإثارة المشبعة للعينة إعدادا مختلفا. هذا هو التخطيطي لمجهر الإثارة المشبع.

مصدر الليزر هو ليزر 532 نانومتر. استخدم مقسم شعاع 50/50 لإنشاء حزمتين من مصدر الليزر. مرر كل شعاع من خلال معدل بصري صوتي منفصل.

ترددات المغير المختلفة تردد إيقاع يعمل كتردد تعديل لإشارات الإثارة المشبعة. اجمع بين الحزم المنعرجة من الدرجة الأولى من المعدلات البصرية الصوتية مع مقسم شعاع آخر 50/50. لمراقبة التعديل الزمني ، استخدم شريحة زجاجية لتقسيم جزء صغير من ضوء الليزر إلى كاشف الصور.

للتحقق من النظام ، قم بتوصيل كاشف الصور براسم الذبذبات. تأكد من عدم وجود عينة في مكانها. قم بتقييم إشارة كاشف الصور على راسم الذبذبات.

يجب أن تكون الإشارة جيبية عند تردد النبض إذا كان التعديل وتداخل الحزمة صحيحا. بالنسبة لهذه التجربة ، تردد النبض المتوقع هو 10 كيلو هرتز. ابذل جهودا لتحقيق أكبر قدر ممكن من الجيوب الأنفية بأقل قدر ممكن من اللاخطية.

الخطوة التالية هي دمج مكبر للصوت في النظام. بالنسبة للفحص المجهري للإثارة المشبعة ، يحتوي مكبر الصوت القفل على مدخلات من كاشف الصور وأنبوب مضاعف الصورة. افصل إخراج كاشف الصور من راسم الذبذبات وقم بتوصيله بالإدخال المرجعي لمكبر الصوت.

قم بتوصيل إخراج أنبوب مضاعف الصور بمكبر الصوت القفل كمدخل للإشارة. أرسل الإخراج من مكبر الصوت إلى بطاقة اكتساب البيانات. في هذه المرحلة ، قم بتركيب العينة على مرحلة المجهر.

استخدم نفس العينة مع 80 نانومتر من الكرات النانوية الذهبية في الزيت مختومة بين لوحين زجاجيين. ارجع إلى مكبر الصوت أثناء أخذ القياسات. اضبط مكبر الصوت لتصدير الحجم المطلق لإشارة الجهد.

في هذه الحالة ، عن طريق تحديد R"في لوحة عرض القناة 1. قم بتغيير إعداد المكون التوافقي في القناة المرجعية للحصول على السعات المفردة للإثارة المشبعة. يتم تشكيل هذه الصور الملونة باستخدام برنامج مخصص لمزامنة ودمج الإشارات من مكبر الصوت القفل والفولتية الدافعة لمحركات galvano.

صورة المجهر الإلكتروني الماسح هي للمقارنة. توضح الصور تحسين الدقة مع المكونات التوافقية المختلفة. الطيف المقاس للكرة النانوية الذهبية 80 نانومتر باللون الأحمر.

المنحنى الصلب المحسوب باستخدام نظرية Mie اتفاقا ممتازا. يبلغ رنين البلازمون السطحي الموضعي 580 نانومتر. الصور المتناثرة ، أعلاه ، وملفات تعريف الخط أدناه لها ميزات مختلفة كدالة لشدة الإثارة.

عند الكثافة المنخفضة ، تكون وظيفة انتشار النقاط عبارة عن ملف تعريف غاوسي قياسي. تؤدي الشدة العالية إلى تسطيح الوظيفة وتوسيعها مما يشير إلى التشبع. عند القيم الأعلى ، لا تكون الكثافة المركزية هي الحد الأقصى ، مما ينتج عنه وظيفة انتشار نقطة على شكل دونات.

في النهاية ، تصبح الكثافة المركزية هي الذروة مرة أخرى أثناء التشبع العكسي. تكشف نقاط البيانات الزرقاء في هذا المخطط للشدة المركزية عند شدة إثارة مختلفة عن كل من التشبع وسلوك التشبع العكسي. تتناسب نقاط البيانات مع كثيرات الحدود من الدرجة الخامسة المرسومة باللون الأحمر.

يمكن استخدام هذه البيانات لاستخراج مكونات التردد التوافقي. يمكن أيضا العثور على المكونات التوافقية مباشرة باستخدام مكبر الصوت القفل. هذه المخطط الأيسر عبارة عن بيانات تجريبية.

المؤامرة الصحيحة هي نتيجة الحساب باستخدام الملاءمة متعددة الحدود من الدرجة الخامسة. تظهر كلتا المخططين انخفاضات بكثافة محددة على طول المنحنيات. على سبيل المثال ، ثلاثة انخفاضات في التوافقي الثاني.

أيضا في كل قطعة أرض ، لكل ترتيب توافقي ، يزداد المنحدر بعد الانخفاض الأول. بمجرد إتقانها ، يمكن إجراء هذه التقنية في أقل من ثلاث ساعات إذا قمت بتنفيذها بشكل صحيح. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم التحقق من جودة التعديل الجيبي ، وخطية نظام الكشف ، والاستقرار الميكانيكي للعينة.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تحقيق تحسين الدقة بناء على التشتت غير الخطي من الهياكل النانوية البلازمونية. توفر هذه التقنية عينة طموحة للباحثين في مجال الفحص المجهري فائق الدقة لاستكشاف تباين جديد في التفاعلات الأساسية الأخرى بين المادة الضوئية.