מדידת פיזור אי-לינאריות מNanoparticle Plasmonic יחיד

המטרה הכוללת של ניסוי זה היא להדגים שיפור רזולוציה עם פיזור לא ליניארי מננו-מבנים פלזמוניים. בתחום המיקרוסקופיה האופטית, הניגודיות והרזולוציה הם הגורמים החשובים ביותר. הטכניקה שלנו מתרחבת לשדה רזולוציית העל עם הפיזור החדש המבוסס על ניגודיות.

היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שפיזור מננו-חלקיקים הוא חזק, מאוד לא ליניארי ואינו מלבין. מי שמדגים את ההליך יהיה סואן לי. תלמיד גדול יותר מהמעבדה שלי.

הניסוי יבוצע על ספסל אופטי. שם יש מיקרוסקופ ושני מקורות לייזר. מקור הלייזר הראשון הוא לייזר גל רציף של 532 ננומטר המשמש להדמיה.

השני הוא לייזר סופר-רציף המשמש למדידות ספקטרוסקופיה. זוהי סכימה של המערך הבסיסי הן להדמיה והן לספקטרוסקופיה. הדגימות יורכבו על שלב מיקום פיזואלקטרי במיקרוסקופ הקונפוקלי.

אור מהלייזר של 532 ננומטר עובר דרך מסנן צפיפות ניטרלית. האלומה מכוונת על ידי מפצל אלומה למראות גלוונו המספקות סריקת רסטר במישור המוקד של אובייקט המיקרוסקופ הקונפוקלי. האור המפוזר לאחור נאסף על ידי המטרה וממוקד בגלאי.

התחל ביישור נתיב תאורת האור הלבן של המיקרוסקופ. השתמש במקור אור הלוגן תחת תאורת מסלסל. כדי לאמת את יישור הקשתית הפנימית, הקפד להתבונן בקצוות חדים על המתומן דרך העינית או CCD.

לאחר מכן, השתמש בפיסת נייר כדי לבדוק את נתיב האור החיצוני. ודא שהקרניים משתקפות חלקית על ידי מפצל האלומה ומתפשטות לעבר הלייזר על ידי הזזת הנייר לאורך נתיב האור. כעת, הכינו יעדי נייר כדי לסייע בהיערכות נוספת.

המטרות צריכות להיות על נייר דק עם טבעות קונצנטריות. מקם את המטרות הללו לאורך נתיב האלומה כך שהן מיושרות עם קרן ההלוגן. כאן, מטרה נמצאת במיקום על הצמצם האחורי של עדשת האובייקטיב.

זוהי מטרה נוספת במיקום לאורך הנתיב האופטי. לאחר מכן, הפעל את הלייזר 532 ננומטר המשמש להדמיה על מנת ליישר אותו. השתמש במטרות הנייר כדי לסייע בקולימציה של אור הלייזר הפוגע מול קרן הלוגן.

המשך ביישור עדין יותר של קרן הלייזר לפני הסרת המטרות והמשיך. לאחר יישור הלייזר, השג דגימת ננו-ספירה זהב מוכנה לניסוי. לדגימה זו יש ננו-כדורי זהב של 80 ננומטר בשמן.

התערובת אטומה בין שתי צלחות זכוכית. המשך על ידי הרכבת הדגימה על שלב המיקרוסקופ והוספת שמן אובייקטיבי. בשלב זה, הכינו את מערכת הזיהוי להדמיה.

אסוף את האור המפוזר עם צינור מכפיל הצילום בסוף הנתיב האופטי. בחזרה לאורך נתיב האלומה, יש חור סיכה בקוטר 20 מיקרומטר כדי לחסום את האור המפוזר מצינור מכפיל הצילום. המשך בהדמיה על ידי הפעלת מראות הגלוונו ומכפיל הצילום.

התבונן בצג המחשב כדי לראות את הסורק האחורי באות של ננו-חלקיקי הזהב. הגדל את הסורק האחורי באות על ידי התאמת מיקום החור וגובה הדגימהtagה. לאחר יישור המיקרוסקופ הקונפוקלי, אפיינו את אי-הליניאריות של הפיזור של הדגימה.

לשם כך, השתמש תחילה במד כוח כדי למדוד את עוצמת הלייזר לאחר עדשת המטרה. הקריאה צריכה להיות פחות מ-10 מיקרו-וואט המתאימים לעוצמת עירור של פחות מ-10 לרביעית וואט לסנטימטר מרובע. לאחר מכן, רכוש תמונה של ננו-חלקיקי הזהב באמצעות צינור מכפיל הצילום.

פתח את התמונה שצולמה בתוכנת ניתוח תמונות כדי לאפיין את פרופיל עוצמת הפיזור. בחר ננו-ספירה מזהב מבין אלה בתמונה וצייר קו לרוחבה. לאחר מכן, בצע את השלבים הנדרשים בתוכנה כדי לאחזר את פרופיל הפיזור.

התאם את הפרופיל לגאוס המאפשר בדיקה נוספת של יישור מערכת ההדמיה. כעת, התחל לסרוק באופן שיטתי דרך עוצמות העירור. ראשית, שנה את מסנן הצפיפות הנייטרלית כדי להגביר את עוצמת העירור.

קבע את עוצמת העירור החדשה והקלט את תמונת הפיזור האחורי ברמת העוצמה החדשה. השתמשו בתמונה כדי לחלץ פרופיל פיזור של ננו-ספירה כמו קודם. שרטט את פרופיל הפיזור וזהה את ערכו במרכז הכדור כאות הפיזור.

חזור על שלבים אלה מספר פעמים כדי לבנות עלילה של אות הפיזור לעומת עוצמת העירור. באיור הזה, הנקודות הכחולות מייצגות נתונים. הקו האדום הוא התאמה פולינומית.

קיים קשר ליניארי בין אות הפיזור לערכים נמוכים של אנרגיית העירור. הירידה מתחת לקשר ליניארי זה מצביעה על כך שהתרחשה רוויה. השלב הבא הוא לבצע ספקטרוסקופיה על ננו-ספירה זהב אחת.

סכימה זו מספקת סקירה כללית של ההגדרה. השתמש במקור לייזר סופר-רציף עם טווח אורכי גל של 450-1750 ננומטר. כמו כן, השתמש במפצל קרן 50/50 בפס רחב כדי להבטיח כיסוי ספקטרלי על פני הספקטרום הנראה.

הנח מראה מתהפכת מול צינור מכפיל הצילום כדי לכוון את האור לכיוון הספקטרומטר. המצויד במכשיר מצמד טעינה. יש ליישר את לייזר הסופר-רצף באותו הליך כמו לייזר 532 ננומטר.

בפלט של לייזר הסופר-רצף, נקוט באמצעי זהירות כדי להסיר עודף כוח אינפרא אדום מהמערכת. הנח אור נראה המשקף מראות בנתיב האופטי מיד לאחר פלט הלייזר, לפני שליחת הקרן למיקרוסקופ. בשילוב עם המראות, השתמש במזבלות קרן כדי לאסוף את קרינת האינפרא אדום שעלולה לפגוע במערכת.

עם הלייזר מיושר, רכוש ותמונה של ננו-כדורי הזהב. צפה בתמונה וזהה ננו-ספירה אחת למחקר. קבע את המוקד של אור הפס הרחב המתרחש על הננו-ספירה שנבחרה.

לאחר מכן, ודא שהספקטרומטר נמצא בנתיב האופטי. במצב זה, המראה המתהפכת מכוונת את האור הפוגע לצינור מכפיל הצילום. כוון מחדש את המראה כדי לכוון את האור הפוגע אל הספקטרומטר.

המשך לאסוף נתונים על ספקטרום הפיזור של ננו-חלקיק הזהב הבודד. כמו בדוגמה זו, הספקטרום הנמדד יהיה תערובת של פיזור ננו-ספירה ורקע עקב השתקפויות. לאחר לקיחת הספקטרום, החזר את המראה המתהפכת.

סובב אותו כדי לכוון אור לצינור מכפיל הצילום. צלם תמונה נוספת כדי לאשר שננו-חלקיק הזהב לא שינה את מיקומו. לאחר מכן, העבר את המיקוד של אור הפס הרחב לנקודה שבה אין חלקיק.

החלף שוב את המראה כדי לכוון את האור לספקטרומטר והמשך לבצע מדידת ספקטרום נוספת. הספקטרום החדש הוא של הרקע. הוא יופחת מהספקטרום של ננוספרת הזהב.

הנה ספקטרום הפיזור האחורי הברור המיוצר על ידי הפחתת ספקטרום הרקע מהספקטרום עם ננו-כדורי הזהב. מיקרוסקופ עירור רווי של הדגימה דורש הגדרה שונה. זהו הסכימה של מיקרוסקופ העירור הרווי.

מקור הלייזר הוא לייזר 532 ננומטר. השתמש במפצל קרן 50/50 כדי ליצור שתי קרניים ממקור הלייזר. העבירו כל קרן דרך מודולטור אופטי אקוסטלי נפרד.

תדרי המאפנן השונים מייצרים תדר פעימה שישמש כתדר האפנון של אותות העירור הרוויים. שלב את הקרניים העקיפות מסדר ראשון מהמודולטורים האופטיים האקוסטלים עם מפצל קרן נוסף של 50/50. כדי לנטר אפנון זמני, השתמש בשקופית זכוכית כדי לפצל חלק קטן מאור הלייזר לגלאי צילום.

כדי לבדוק את המערכת, חבר את גלאי הצילום לאוסצילוסקופ. ודא שאין דגימה במקום. הערך את אות גלאי הצילום באוסילוסקופ.

האות צריך להיות סינוסואיד בתדר הפעימה אם האפנון וחפיפת הקרן נכונים. עבור ניסוי זה, תדר הפעימות הצפוי הוא 10 קילו-הרץ. עשו מאמצים להשיג סינוסואיד מושלם ככל האפשר עם מינימום אי-ליניאריות.

השלב הבא, הוא לשלב מגבר נעילה במערכת. עבור מיקרוסקופ עירור רווי, למגבר הנעילה יש קלט מגלאי הצילום ומצינור מכפיל הצילום. נתק את הפלט של גלאי הצילום מהאוסצילוסקופ וחבר אותו לכניסת הייחוס של המגבר.

חבר את הפלט של צינור מכפיל הצילום לנעילה ampחיים יותר כקלט האות. שלח פלט מהמגבר לכרטיס רכישת נתונים. בשלב זה, הרכיב את הדגימה על שלב המיקרוסקופ.

השתמש באותה דגימה עם ננו-כדורי זהב 80 ננומטר בשמן אטום בין שתי לוחות זכוכית. חזור לנעילה ampחיים יותר בזמן ביצוע מדידות. הגדר את המגבר לייצא את הגודל המוחלט של אות המתח.

במקרה זה, על ידי בחירת R"בלוח התצוגה של ערוץ 1. שנה את הגדרת הרכיב ההרמוני בערוץ הייחוס כדי לקבל את אמפליטודות בודדות העירור הרוויות. תמונות צבעוניות אלו נוצרות באמצעות תוכנה מותאמת אישית כדי לסנכרן ולשלב את האותות ממגבר הנעילה ואת מתחי ההנעה של מנועי ה-galvano.

תמונת מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק היא להשוואה. התמונות מדגימות שיפור רזולוציה עם רכיבים הרמוניים שונים. הספקטרום הנמדד של ננוספרת זהב 80 ננומטר הוא באדום.

העקומה המוצקה המחושבת באמצעות תורת מיי, מראה הסכמה מצוינת. תהודת הפלזמון המקומית על פני השטח היא 580 ננומטר. לתמונות פיזור, מעל ופרופילי קו, למטה יש תכונות שונות כפונקציה של עוצמת העירור.

בעוצמה נמוכה, פונקציית התפשטות הנקודה היא פרופיל גאוס סטנדרטי. עוצמות גבוהות יותר גורמות לשיטוח והרחבה של הפונקציה המציינת רוויה. בערכים גבוהים יותר, העוצמה המרכזית אינה המקסימלית, וכתוצאה מכך פונקציית התפשטות נקודה בצורת סופגניה.

בסופו של דבר, העוצמה המרכזית הופכת שוב לשיא במהלך רוויה הפוכה. נקודות הנתונים הכחולות בתרשים זה של העוצמה המרכזית בעוצמות עירור שונות חושפות הן התנהגות רוויה והן התנהגות רוויה הפוכה. נקודות הנתונים מתאימות לפולינום מסדר 5 המשורטט באדום.

ניתן להשתמש בנתונים אלה כדי לחלץ את רכיבי התדר ההרמוני. ניתן למצוא את הרכיבים ההרמוניים גם ישירות באמצעות מגבר הנעילה. התרשים השמאלי הזה הוא של נתונים ניסיוניים.

העלילה הנכונה היא תוצאה של חישוב באמצעות התאמה פולינומית מסדר 5. שתי החלקות מציגות ירידות בעוצמות ספציפיות לאורך העקומות. לדוגמא, שלוש טבילות בהרמוניה השנייה.

גם בכל חלקה, עבור כל סדר הרמוני, המדרון גדל לאחר הטבילה הראשונה. לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך פחות משלוש שעות אם אתה מבצע אותה כראוי. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לבדוק את איכות האפנון הסינוסואידי, הליניאריות של מערכת הזיהוי והיציבות המכנית של הדגימה.

לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד להשיג שיפור רזולוציה המבוסס על פיזור לא ליניארי מננו-מבנים פלזמוניים. טכניקה זו מספקת מדגם שואף לחוקרים בתחום המיקרוסקופיה ברזולוציה גבוהה לחקור ניגודיות חדשה באינטראקציות בסיסיות אחרות בין אור לחומר.