太赫兹微流控测量中的一个平行板波导传感器

Summary

实施折射率传感器的基础上的带槽的平行板波导几何的太赫兹频率的程序在这里被描述。通过监测的波导结构的谐振频率的移位，该方法产生的一个小体积的液体的折射率测量

Abstract

折射率（RI）传感是一个功能强大的微流体样品进行了广泛的可能的传感器设计，如干涉仪和谐振器^1,2的鉴定，检测和监测的无创性和无标记检测技术。大多数现有的RI传感应用集中于生物材料在水溶液中，在可见光和红外的频率，如DNA杂交和基因组测序。在太赫兹频率，应用程序，包括质量控制，监测工业生产过程和传感与检测涉及非极性材料的应用。

折射率传感器在太赫兹政权存在一些潜在的设计，包括光子晶体波导，不对称开口环谐振器，并整合成平行板波导的光子带隙结构。这些设计是基于光学谐振器，如戒指或空洞。这些结构的谐振频率依赖于内或周围的谐振器的材料的折射率。通过监测在谐振频率的变化的样品的折射率可以被准确地测量，而这反过来又可以用来确定一个材料，监测污染或稀释等

我们在这里使用这种传感器的设计是基于一个简单的平行板波导^6,7。到一个谐振腔（ 图1和图2）的一个面作为加工的矩形槽。当被耦合到的最低阶横向电（TE）模式的波导管中传播的太赫兹辐射，其结果是与一个可调谐的谐振频率的槽^6,8的几何形状是依赖于一个单一的强共振特性。该槽可填充有导致移位在所观察到的谐振频率依赖于液体的量的非极性液体的微流体样品的uid中的槽和其折射率^9。

我们的技术具有比其他的太赫兹波在它的简单的技术，无论是在制造和实施的优点，因为该过程可以用标准的实验室设备来完成，而不需要一个干净的房间或任何特殊的制造或实验技术。它也可以很容易地扩展到多通道操作通过掺入的多个槽^10。在这个视频中，我们将介绍完整的实验过程中，从设计的传感器的数据分析和测定样品折射率。

Protocol

1。传感器的设计与制造

1. 设计一个与一个或多个集成电路的空腔（或"槽"）的平行板波导。请参阅图1和图2。几何可以基于我们以前的出版物^8,9中给出的或专门设计用于特定的应用。总的指导原则的建议:
   1. 板间隔:在这个实验中的板间距为1mm的用于有效地耦合到TE1模式，而不需要特殊的光学。它还确保单模传播在感兴趣的频率。当使用其他的板间距，多模传播，色散和耦合效率应予以考虑。
   2. 垫片:这板间距保持绝缘垫片。小片玻璃厚度非常均匀，使优秀的间隔 - 在我们的例子中，我们使用的碎片从一个破碎的显微镜载物片的​​厚度为1 mm + / - 3微米。
   板尺寸:板本身应该足够宽输入光束相比，他们可以被认为是无限的。 （在我们的例子中，为1.2厘米的光束。4.75厘米）每块板的厚度必须是厚得多的趋肤深度，和厚钢板（大于1厘米）的建议，以减少能量的可能性，通过上方或下方的波导并到达检测器。传播长度应该是足够的，该槽至少是两倍自身的远离输入和输出面的宽度，但最小化，以减少色散。
2. 底板几何:为了允许容易访问的槽，底部光波导板应明显宽于顶板，而凹槽几乎延伸（但不完全）的板的整个宽度上。 （参见图1），这使得它更容易访问槽和监测水平的灌装。
3. 螺丝:顶板和底板有螺丝可以插入一个扩展，使持有的浪潮指导不阻碍的槽或传播路径的情况下一起。在底....

Discussion

应当指出，只是在空腔谐振频率确定被测液体的折射率，而不是在很宽的带宽。这具有几个显着的优点。首先，虽然我们的测量已表征的目的使用的宽带太赫兹源，也可以建立一个等效的传感系统与一个单一的频率THz源与只有一个有限的程度的频率可调谐性，一种方法，可以是便宜得多，并更紧凑。其次，感测的方法可以被并行化，通过将多个槽成一个单一的波导^。10，每个槽有一个稍微不同的几何形状，因此，用于检测的一个不同的频率。使用宽带太赫兹脉冲，可确定折射率（和移位）独立地和同时为多个液体样品。这种平行的感应能力不会很容易地纳入常规时域太赫兹测量系统，其中，只有一个单一的液体的测量是在一时间。

这个实验技术的最重要的问题是一致性和可重复性。的波导管和填充体积的组件和放置可以引入大量的错误，如果不符合。可以实现在几个方面保持一致的填充量。一所示，在此过程中，，使用高精度注射器来衡量确切卷。另一种方法是使用激光干涉系统监测实际的填充水平的槽⁹中。 ，以确定最佳的注射器容量或填充高度，获得最好的结果是通过逐渐填充槽和监视相应的移位的谐振特性。当槽已满，并且液体开始溢出，谐振的.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
的试剂的名称	公司	目录编号	评论（可选）
10μl注射器	汉密尔顿	80314	高精密注射
液态烷烃	Acros Organics公司		样品进行校准和测试
			没有特定的设备是必需的。合适的试验材料和溶剂留下实验者的酌情决定。此过程中使用的高精度的注射器中列出在下面的表中，但实验者可能希望使用一个不同的卷或设计的注射器，包括数字注射器以提高精度。本实验中使用的测试烷烃也列出。