Articolo metodologico

Evanescente campo fotoacustica based: ottico valutazione delle proprietà a Surfaces

12.7K visualizzazioni

⸱

DOI:

10.3791/54192

⸱

26 luglio 2016

 ,  ,  ,  ,  , 
1Biomedical Engineering, Duquesne University, 2Department of Computer Science, University of Missouri, 3Department of Bioengineering, University of Missouri

In questo articolo

Sommario

Qui vi presentiamo un protocollo per stimare il materiale e la superficie proprietà ottiche utilizzando l'Effetto Fotoacustico combinato con riflessione interna totale. Questa tecnica evanescenti fotoacustica sul campo basati possono essere usati per creare un sistema di metrologia fotoacustico di stimare indici di spessori, di massa e sottile rifrazione pellicola di materiali ', e di esplorare le loro proprietà ottiche.

Abstract

Qui, presentiamo un protocollo per stimare le proprietà ottiche del materiale e della superficie utilizzando l'effetto fotoacustico combinato con la riflessione interna totale. La valutazione delle proprietà ottiche dei film sottili e delle superfici dei materiali sfusi è un passo importante nella comprensione dei nuovi sistemi ottici di materiali e delle loro applicazioni. Il metodo presentato può stimare lo spessore, l'indice di rifrazione e utilizzare le proprietà di assorbimento dei materiali per il rilevamento. Questo sistema metrologico utilizza la fotoacustica evanescente basata sul campo (EFPA), un campo di ricerca basato sull'interazione di un campo evanescente con l'effetto fotoacustico. Questa interazione e la famiglia di tecniche che ne deriva consentono alla tecnica di sondare le proprietà ottiche entro poche centinaia di nanometri dalla superficie del campione. Questo campo vicino ottico consente la stima estremamente accurata delle proprietà del materiale sulla stessa scala del campo stesso, come l'indice di rifrazione e lo spessore del film. Con l'uso dell'EFPA e delle sue sottotecniche come la spettroscopia fotoacustica a riflessione interna totale (TIRPAS) e la spettroscopia fotoacustica a effetto tunnel ottico (OTPAS), è possibile valutare un materiale su scala nanometrica in uno strumento consolidato senza la necessità di molti strumenti ed esperimenti che possono essere proibitivi dal punto di vista dei costi.

Introduzione

I progressi nella comprensione dei materiali ottici 1,3,4,6,7,10,13-16 hanno fornito nuove informazioni sulla creazione di materiali a film sottile per una serie di dispositivi ottici, compresi i rivestimenti antiriflesso sulle lenti, elevato rapporto di estinzione ottica filtri e guide d'onda lastra altamente assorbenti 17. Questi progressi non sarebbero possibili senza l'uso di molte tecniche di caratterizzazione, come ellissometria 4,6,18, misura dell'angolo di contatto, microscopia a forza atomica 7,11,19, e microscopia a scansione / elettronico a trasmissione, che aiutano nel miglioramento iterativo di queste tecnologie mediante misure dirette o indirette di stime fondamentali proprietà dei materiali ottici. Tali proprietà, come l'indice di rifrazione, regolano come i materiali interagiscono con fotoni incidenti, che colpisce direttamente la loro funzione e il loro utilizzo in applicazioni ottiche. Tuttavia, ciascuna di queste tecniche ha limitazioni relative alla risoluzione, preparazione del campione, il costo e la complessità, e ciascuno genera solo un sottoinsieme dei dati necessari per caratterizzare completamente il materiale. Detto questo, una nuova serie di tecniche, note come fotoacustica campo basata evanescenti (EFPA) 5,6,15,18,20-49 come mostrato nella Figura 1, ha il potenziale per stimare le proprietà dei materiali su nanoscala in un consolidato set di esperimenti. EFPA comprende i sotto-tecniche di riflessione interna totale spettroscopia fotoacustica (TIRPAS) 23,25,26,33-35,43-45, spettroscopia fotoacustica / riflessione interna totale spettroscopia fotoacustica rifrattometria (PAS / TIRPAS rifrattometria) 18, e fotoacustica tunneling ottico spettroscopia (OTPAS) 6, ed è stato utilizzato per stimare massa e indice di rifrazione della pellicola sottile, spessore del film, così come per rilevare materiali assorbenti ad un prisma / campione o interfaccia substrato / campione.

Per comprendere il meccanismo EFPA, unodeve prima comprendere il concetto di spettroscopia fotoacustica (PAS), che si riferisce alla generazione di onde di pressione ultrasoniche dalla rapida espansione termoelastica di un cromoforo, in seguito all'assorbimento di un ultra-short ((Figura 1). Quadro teorico e matematico per l'Effetto Fotoacustico discussi in questo documento può essere ottenuto qui 50-59. La variazione conseguente pressione può essere rilevato da un microfono ultrasuoni o trasduttore. L'effetto fotoacustica, originariamente scoperto nel 1880 con l'invenzione di fotofono di Alexander Graham Bell, è stato "riscoperto" nei primi anni 1970 a causa di progressi nella tecnologia laser e il microfono, e, infine, messo in uso pratico per compilare applicazioni di nicchia da immagini biomediche a film sottile analisi per controlli non distruttivi di materiali. 1,53-57,59-82 Questo effetto può essere matematicamente descritto con equazioni delle onde unidimensionali, in cui the onda è una sorgente acustica semplice la cui pressione (p) varia in posizione sia (x) e il tempo (t):

figure-introduction-1

con soluzioni per semplici sorgenti acustiche del modulo 64

figure-introduction-2

dove p è la pressione, Γ = αv s 2 / C p dove α è il coefficiente di espansione termica del volume, v s è la velocità del suono nel mezzo, e C p è la capacità termica a pressione costante, H 0 è l'esposizione radiante del raggio laser, c è la velocità del suono nel mezzo eccitato, x è la lunghezza, e t è il tempo. L'ampiezza dell'onda acustica risultante si basa direttamente sul coefficiente di assorbimento ottico del materiale, μ a, which è l'inverso della profondità di penetrazione ottica, δ, che è a sua volta una misura della distanza che la luce viaggia fino decade in 1 / e della sua intensità ottica iniziale. Mentre equazione (1) è una equazione generale per una fonte un'onda un piano dimensionale, assorbitori tipica verranno emettono un'onda acustica sferico in tre dimensioni. Al di là della descrizione matematica, applicazioni dei fotoacustica effetto 54 campata molte modalità di imaging, come la microscopia, la tomografia, e anche l'imaging molecolare per effetto fotoacustica ad elevata sensibilità a causa della grande assorbimento ottico a causa della presente naturalmente dell'emoglobina cromoforo. Altre applicazioni del Effetto Fotoacustico includono anche la stima delle varie proprietà film sottile 15,16,20,21,24,26-32,36-39,41,42,56,83,84. Tuttavia, PAS ha alcune limitazioni: (1) la sua vasta profondità di penetrazione ottico elimina la possibilità di sondare campo vicino proprietà ottiche su superfici (2)efficienza s di catturare l'energia acustica emessa è bassa a causa di propagazione sferica della maggior parte dell'energia dal rivelatore (3) i campioni devono includere cromofori nel regime di lunghezza d'onda considerata.

In combinazione con tecniche di campo basate evanescenti, tuttavia, molte di queste limitazioni possano essere alleviati. Il campo evanescente si verifica quando un fascio di luce subisce riflessione interna totale (TIR), come descritto dalla legge di Snell, che effetto permette anche guide d'onda in fibra ottica per guidare grandi distanze leggeri (km) per applicazioni di calcolo e di telecomunicazione. Nelle applicazioni pratiche, il campo evanescente viene utilizzato in una varietà di tecnologie di caratterizzazione e di imaging, compreso spettroscopia riflettanza totale attenuata (ATR). Imaging è realizzato con contrasto elevato a causa del confinamento della luce entro le prime poche centinaia di nanometri nel campione di interesse. Il campo evanescente prende la forma di un exponentially campo decadente che si estende nel mezzo esterno a una profondità di penetrazione ottica che è tipicamente dell'ordine della lunghezza d'onda utilizzata (generalmente ~ 500 nm o meno) come mostrato nelle equazioni 3 e 4.

figure-introduction-3

dove I è l'intensità della luce in% in una z posizione dall'interfaccia prisma / campione, I 0 è l'intensità di luce iniziale in% all'interfaccia, z è la distanza in nanometri, e δ p è la profondità di penetrazione ottica come mostrato nell'equazione 4. con una tale piccola profondità di penetrazione ottica, il campo evanescente è in grado di interagire con l'ambiente molto vicino all'interfaccia dei due materiali, e ben al di sotto dei limiti di diffrazione ottici ed acustici. Le proprietà ottiche dei materiali o particelle entro questo intervallo può perturbare il campo o alterare la sua generazione, che interazione può essere rilevato da una varietà di metodi 3,5,6,10,15,17,18,21,23,25-27,29-47,84-95.

Quando tecniche evanescenti sono combinati con PAS, le forme d'onda fotoacustico prodotti possono essere utilizzati per caratterizzare materiali o particelle interagenti con il campo evanescente, creando il evanescente campo fotoacustica base (EFPA) famiglia di tecniche, come mostrato in Figura 1. Questa famiglia comprende, ma non è limitato a, riflessione interna totale spettroscopia fotoacustica (TIRPAS), tunneling ottico spettroscopia fotoacustica (OTPAS), e risonanza plasmonica di superficie spettroscopia fotoacustica (SPRPAS). Il lettore interessato dovrebbe fare riferimento ai seguenti riferimenti per derivazioni delle equazioni utilizzate per TIRPAS 5,6,18,23,25,26,33-35,43-47, PAS / TIRPAS rifrattometria 18, e OTPAS 6. In ogni caso, l'effetto fotoacustica è generato attraverso un meccanismo di eccitazione diverso semplice trasmittanza attraverso un prisma; per esempio, in TIRPAS, la luce è evanescentlyaccoppiato attraverso un prisma / substrato / interfaccia campione nei cromofori (che potrebbe includere il materiale campione stesso, o molecole ospiti all'interno del campione), mentre nel SPRPAS, la principale modalità di eccitazione è invece attraverso l'assorbimento di un plasmon di superficie, che è un'onda EM secondario creato quando l'energia del campo evanescente viene trasferito nella nube di elettroni di uno strato di metallo depositato sulla superficie del prisma. Questa famiglia di tecniche è stato originariamente inventato nei primi anni 1980 da Hinoue et al., E migliorato da T. Inagaki et al., Con l'invenzione di SPRPAS, ma visto molto poco sviluppo a causa di limitazioni tecniche delle sorgenti di luce e delle apparecchiature di rilevamento disponibili . Più di recente, le indagini precedenti hanno dimostrato che l'aumento della sensibilità e l'utilità sono possibili con le moderne fluoruro di polivinile (PVDF) rilevatori ad ultrasuoni e q-switched neodimio-drogato granato di ittrio e alluminio (Nd: YAG) laser. In particolare, nanosecondo-Laser Nd: YAGlaser determinano un aumento 10 6 volte la potenza di picco, che consente tecniche dell'EFPA diventare strumenti utili per valutare le proprietà ottiche di una varietà di materiali e interfacce 5,6,15,18,21-29,31-47,84 , 96. Inoltre, il lavoro precedente ha ulteriormente dimostrato la capacità di tali tecniche per determinare le informazioni strutturali su materiali a un'interfaccia, che era in precedenza non realizzabili con le tecnologie (PAS) spettroscopia fotoacustica tradizionale a causa della loro relativamente grande profondità di penetrazione 53,55,57,59, 61,62,69,73,75,80,81.

Questa capacità è mostrato nei protocolli che seguono sotto la tecnica OTPAS; Tuttavia, su un livello più fondamentale tre tecniche ciascuno basano su una diversa equazione definitiva, che determina le capacità della tecnologia. Ad esempio, in TIRPAS, la profondità di penetrazione ottica del campo evanescente, δ 'p, spinge prevalentemente acustico risultanteintensità del segnale di un campione assorbente, ed è descritto da:

figure-introduction-4

dove λ 1 è la lunghezza d'onda della luce che viaggia attraverso il medium prisma e è definito dalla relazione λ 1 = λ / n 1 in cui n 1 è l'indice di rifrazione del materiale del prisma. Inoltre, θ si riferisce all'angolo di eccitazione, e n 21 si riferisce al rapporto tra gli indici di rifrazione ciascun mezzo e è definita da n = 21 n 2 / n 1, in cui n 2 è l'indice di rifrazione del materiale campione. Maggiore è la profondità di penetrazione ottica, più materiale viene irradiato. Per l'effetto fotoacustica, maggiore è la profondità di penetrazione ottica, più materiale viene eccitato che può produrre onde acustiche che conducono ad un segnale acustico più grande.

A differenza TIRPAS tuttavia, in PAS / TIRPAS rifrattometria l'equazione primario è la legge di Snell:

figure-introduction-5

dove n 1 è l'indice di rifrazione del prisma, θ 1 è l'angolo di incidenza all'interfaccia prisma / campione, n 2 è l'indice di rifrazione del campione, e θ 2 è l'angolo della luce che si rifrange attraverso la seconda medie. La sensibilità di stimare l'indice di rifrazione di un materiale è determinata principalmente dalla precisione della stima di θ 1. Nella riflessione interna totale, che viene raggiunto quando θ 1 è oltre l'angolo critico che genera un campo evanescente, sin θ 2 = 1 e quindi, Equazione 5 riduce a n 2 = n 1 sinθ 1. (Nota: θ 1 =θ critico) Conoscendo l'angolo al quale la derivata numerica (dP / dO dove P è il picco di tensione di picco del segnale fotoacustico e θ è l'angolo di incidenza della luce con il campione) del segnale fotoacustico ha un minimo locale permette per la stima di θ 1 che consente all'utente di risolvere per n 2 e stimare l'indice di rifrazione di massa di un campione come mostrato in Figura 1 così.

Infine, in OTPAS, la seguente equazione riferisce trasmissione ottica in% picco fotoacustica alla tensione di picco da:

figure-introduction-6

dove T è la trasmissione ottica per cento, p è la tensione picco-picco generata dallo spettro angolare di un substrato con un film su di esso, p 0 è la tensione picco-picco generata dal angolare spettro ofa substrato, β è la costante di accoppiamento in base al indice di rifrazione del prisma e l'olio per immersione, α è il fattore di attenuazione, ed è un fattore che comprende lo spessore e l'indice di rifrazione del film campione entro il campo evanescente. La sensibilità di questa tecnica per spessore e l'indice di rifrazione è guidato dalla precisione della stima del picco-picco intensità di segnale acustico, p e p 0 ad ogni angolo di incidenza nello spettro angolare. E 'stato dimostrato che β può essere calcolato direttamente sulla base degli indici di rifrazione del prisma e l'olio di immersione; di conseguenza, è un compito facile calcolare la trasmissione ottica ad ogni angolo di incidenza e quindi estrarre una stima per l'indice di rifrazione e lo spessore del film attraverso curva statistica analisi raccordo. Il lettore interessato dovrebbe fare riferimento alla Goldschmidt et al. Per ulteriori informazioni. 5,6

Tha EFPA sistema è un sistema basato fotoacustico grado di stimare lo spessore, sottile indice di pellicola di rifrazione, indice di rifrazione rinfusa, e generare segnali acustici tramite assorbimento ottico per il rilevamento. Il sistema è composto da un laser, un sistema ottico per guidare la luce al prisma / campione e al lato misurazione dell'energia laser. Il lato misurazione dell'energia laser viene utilizzato per normalizzare il segnale fotoacustico all'energia laser incidente, come mostrato in Figura 2. Il sistema EFPA è azionato da un driver del motore passo-passo per ruotare il prisma / campione per gli spettri angolare PAS / TIRPAS rifrattometria e OTPAS . Il sistema acquisisce i dati tramite una scheda di acquisizione digitale e fornisce un'interfaccia utente e controllo automatizzato fase attraverso un programma di in casa.

Protocollo

1. Impostazione del sistema

  1. Utilizzare cianoacrilato epossidica aderire diametro 9 mm, cilindro lattice rosso spessa 1 mm verso la faccia anteriore di una 10 MHz trasduttori ad ultrasuoni e utilizzare cianoacrilato epossidica aderire diametro 9 mm, cilindro lattice rosso spessore di 1 mm per un spessore di 6 mm blocco acrilico che viene quindi fissata con resina epossidica allo stesso modo al trasduttore ad ultrasuoni riferimento di agire come un distanziatore acustica.
  2. Impostare un treno ottico che ha un espansore fascio di essere colpito dal laser prima. Poi posto una seconda apertura regolabile manualmente. Infine utilizzare un cubo beam splitter polarizzante come terzo elemento e posizionare il trasduttore ultrasonico non nel porta-prisma EFPA e il trasduttore nel porta-prisma dell'EFPA su ciascuna uscita del divisore di fascio non polarizzante.
    Nota: Il cubo beam splitter polarizzante viene utilizzato per garantire un puro, singola polarizzazione per l'eccitazione come questo è fondamentale per il corretto funzionamento di tutte le tecniche EFPA.
  3. Espandere l'esitoing raggio laser utilizzando lenti per creare un espansore del fascio di almeno 3X dal ND q-switched: YAG.
    Nota: Il fascio è volutamente sovradimensionata rispetto all'assorbitore lattice di gomma sul trasduttore campione per garantire il corretto funzionamento del sensore nonostante luce laser piedi fuori a causa di rifrazione attraverso il prisma a diversi angoli di incidenza.
  4. Allineare il treno ottico e porta-prisma EFPA tale che il lato piatto del supporto più vicino il prisma sarà impostato su un angolo di 0 ° con un livello digitale. Ciò garantisce un corretto punto di partenza per i dati dello spettro angolare che verranno raccolti durante gli esperimenti.
  5. Collegare e accendere i dispositivi esterni come l'oscilloscopio, driver del motore passo-passo al computer, i trasduttori a ultrasuoni, e motori XY. Fisicamente collegare il trasduttore non nel prisma EFPA montaggio a Ch0 e fisicamente collegare il trasduttore nel prisma EFPA di montaggio per Ch1 tramite 50 cavi ohm BNC. Il software è preprogrammato per riconoscere unsegnali Coustic da questi canali specifici.

2. EFPA inizializzazione del sistema e allineamento ottico

  1. Regolare manualmente l'apertura regolabile per bloccare il fascio a un diametro di 1 mm.
  2. Avviare il software di programmazione (ad esempio, LabVIEW), impostare l'angolo di 70 ° premendo il tasto verde "movimento" per spostare il monte per l'angolo necessario per la 70 ° eccitazione all'interfaccia del prisma / campione.
  3. Utilizzando opportuni occhiali di protezione laser (OD 7+ a 532 nm), esaminare il prisma dal lato perpendicolare al raggio laser e spostare manualmente la fase del assi X e Y utilizzando i volantini fino a che il punto laser 1 millimetro è fluorescente visibile il lattice di gomma. Assicurarsi che il fascio è centrata sul lattice.
  4. Espandere l'apertura regolabile manualmente alla sua massima apertura e guardare la corsa pannello frontale del programma al fine di garantire sia il segnale di misura fotoacustico energia laser dalla EFPA prisma di montaggio (rosso line) e il segnale fotoacustico dal lato misurazione dell'energia laser (linea bianca) sono visibili e sono approssimativamente la stessa ampiezza.
  5. Arrestare il programma premendo il tasto "STOP".
    Nota: Se il pulsante non viene premuto il prisma dovrà essere ripristinato manualmente prima di continuare il test. Una volta che il protocollo di inizializzazione è stata completata, TIRPAS, PAS / TIRPAS rifrattometria, o OTPAS possono essere eseguite.

3. TIRPAS Tecnica

  1. Posizionare il prisma nel prisma plastica adattatore di montaggio come mostrato in figura 3. Successivamente, posizionare 2,5 ml di indice olio per immersione adattato al tipo di prisma utilizzato, sul centro del prisma e panino dell'olio posizionando un substrato sopra il strato di olio.
  2. Mettere 25 ml di campione in lattice di gomma collegata al trasduttore nel trasduttore dell'EFPA montare come mostrato in figura 3 in modo che ricopre l'intera superficie senza formazione di bolle. Il campione puòessere qualsiasi materiale otticamente assorbente quale una soluzione di colorante, un fluido biologico, o un analita sospese in una soluzione. Non è necessaria alcuna preparazione del campione. Comprimere montare il prisma e serrare il monte insieme con le viti di fissaggio ad una coppia serie di 16.75 g / mm per ogni vite.
  3. Selezionare la scheda "Impostazioni" e selezionare "Impostazioni" nel menu a discesa.
  4. Eseguire il programma OTPAS intitolato sottile analyzer_USB-5133.vi pellicola (file supplementare).
  5. Mostra il segnale acustico generato dal campione come mostrato in figura 4.
    Nota: L'angolo di incidenza può essere modificato per controllare la profondità di penetrazione ottica del campo evanescente di osservare più sottili o spessi sezioni ottiche del campione.

4. PAS / TIRPAS Rifrattometria

  1. Posizionare il prisma nel prisma plastica adattatore di montaggio come mostrato in figura 3. Successivamente, posizionare 2,5 ml di olio per immersione indice corrispondenti al tipo di prisma utilizzato, su the centro del prisma e panino dell'olio posizionando un substrato sopra il livello dell'olio.
  2. Mettere 25 ml di campione sul pezzo di gomma collegata al trasduttore nel trasduttore dell'EFPA montare come mostrato in figura 3. Comprimere montare il prisma e serrare il supporto insieme con viti di fissaggio con una coppia insieme di 16.75 g / mm per ciascuna vite.
  3. Selezionare la scheda "angolare Spectrum" e selezionare "spettro angolare" nel menu a discesa. Quindi, immettere i parametri appropriati nel programma come mostrato nella Tabella 1.
  4. Eseguire il programma e attendere che lo spettro angolare è stato completato e il programma è terminato.
  5. Fare clic destro sul grafico spettro angolare e selezionare "Esporta dati → Esportare in Excel" per salvare i dati e aprire il file .csv.
    1. Aprire questi dati in un programma di grafica (ad esempio, KaleidaGraph), ed eseguire una derivata numerica su di esso cliccando su "Macro" e selezionando & #34; derivativo ". Ingresso colonne appropriate per prendere il derivato su e premere il tasto" OK "e la derivata numerica verranno calcolati.
    2. Rappresentare graficamente la derivata numerica contro l'angolo e selezionare "Adattamento curva". Selezionare l'opzione "Smooth" 5,18,98 e selezionare la casella di controllo dei dati sotto "curva selezioni fit" per adattarsi a lisciare rumore dai dati. Selezionare la freccia verso il basso sotto la voce "Visualizza" e selezionare "Copia curva adatta alla finestra dei dati" per estrarre i dati in forma della curva ad un'altra colonna.
  6. cercare manualmente attraverso l'adattamento di curva per trovare il suo corrispondente angolo di incidenza minimo locale e che indica una transizione dalla PAS a regimi TIRPAS. Tale minimo corrisponde all'angolo critico misurata, come mostrato in Figura 5. Usando l'equazione n campione = n prisma sin θ c, calcolare l'indice di rifrazione massa del campione sconosciuto in ondalunghezza impiegati per l'interrogazione del laser. I risultati tipici sono riportati in Tabella 1.

5. OTPAS

  1. Collocare 2,5 ml di olio di immersione (indice corrispondente al tipo di vetro utilizzato) sul centro del prisma.
  2. Posizionare il film o substrato per essere testato pellicola rivolta verso l'alto (lontano dal prisma) e assicurarsi che non bolle si formano durante il posizionamento.
    Nota: Se le bolle si formano, rimuovere la pellicola campione o substrato e riprovare applicazione.
  3. Mettere 25 ml di olio di immersione in lattice di gomma in modo che gli strati di olio immersione tutta la superficie senza formazione di bolle.
  4. Comprimere gli strati substrato / pellicola come mostrato in figura 3. Serrare le viti di fissaggio con una coppia insieme di 16.75 g / mm che deve essere identico per ciascuna vite.
    Nota: Chiave di coppia in protocollo è in oz.-in., quindi 16.75 g / mm ~ 15 oz.-in.
  5. Selezionare la scheda "angolare Spectrum" e selezionare "spettro angolare" sulla discesa uominiu. Quindi, immettere i parametri appropriati nel programma come indicato nella Tabella 3.
  6. Eseguire il programma e attendere che lo spettro angolare è stato completato e il programma è terminato.
  7. Eseguire nuovamente il test eseguito le fasi 5,1-5,6 usando il substrato o pellicola (quale non è stato fatto in precedenza) come mostrato in Figura 6.
  8. Selezionare "Curve Fitting" nella casella a discesa e selezionare la scheda "Curve fitting". Quindi, immettere i parametri appropriati come mostrato nella tabella 5. Selezionare la scansione film sotto "campione". Selezionare la scansione substrato sotto "substrato".
  9. Input l'indice di rifrazione, polarizzazione, e altre opzioni per le scansioni precedentemente eseguite in passi 5.1-5.6 come illustrato nella Tabella 4.
  10. Eseguire il programma selezionando "Curve Fitting" nella casella a discesa e selezionando la scheda "Curve Fitting". Osservare l'indice di rifrazione e lo spessore sotto4;. Film RI "e" Spessore della pellicola "mostrata in alto a destra dell'interfaccia utente grafica del programma di dati tipica è mostrato in Figura 7.
  11. Utilizzare l'opzione "Batch fit" per adattarsi molte scansioni in una sola volta inserendo il numero di scansioni a forma di lotto e la selezione di un file .csv per l'output dei dati da e ripetere il punto 5.10.
    Nota: Una volta che il programma viene eseguito si adatta ogni set di dati e di uscita tutto indice di rifrazione, lo spessore e valori residui al .csv. Al fine di far funzionare tutto questo, le scansioni devono essere in un elenco numerico come scan_001.csv, 002.csv scansione, etc.

Risultati

I risultati sono stati indicati per TIRPAS, PAS / TIRPAS rifrattometria, e OTPAS che sono i subtechniques all'interno della piattaforma EFPA. La figura 4 mostra un'onda acustica TIRPAS rappresentativi generato da un campione assorbente. La natura bipolare dell'onda acustica è caratteristica della tecnica TIRPAS e indica che TIRPAS sta verificando. Questa forma d'onda bipolare si verifica a causa della riflessione acustica all'interfaccia tra il campione e il substrato di vetro a causa di una grande differenza di impedenza acustica. Per PAS / TIRPAS rifrattometria Figura 5 e Tabella 1 è stata ottenuta. La Figura 5 mostra lo spettro angolare e derivata numerico ottenuto per un campione in fase di test per valutare l'indice di rifrazione di massa. Tabella 1 mostra i risultati usando l'rifrattometria PAS / TIRPAS stimare la indice di rifrazione maggior parte di un acqua / PEG / miscela colorante rosso diretto come comparosso per la stima dell'indice di rifrazione di massa utilizzando un rifrattometro tenuto in mano standard. Infine, i risultati OTPAS sono mostrati in Figura 7 e Tabella 2. La Figura 7 mostra due figure delle scansioni angolari che vengono prese durante OTPAS. Tabella 2 mostra un confronto tra OTPAS e analisi spettroscopica ellissometria degli stessi campioni di film sottili.

figure-results-1
Figura 1. Subtechnologies di EFPA. EFPA è attualmente composto da tre distinti sotto-tecnologie. Queste tecnologie sono TIRPAS, PAS / TIRPAS rifrattometria, e OTPAS. Ogni tecnica può valutare materiali per ricavare o determinare diverse proprietà. TIRPAS rileva materiali in base alla loro assorbimento ottico a fini di biosensori, PAS / TIRPAS rifrattometria valuta indice di rifrazione di massa, e OTPAS valuta film sottile indice di rifrazione di unspessore d. In TIRPAS, la luce oltre l'angolo θ critica c crea un campo evanescente che può generare un'onda acustica su di interagire con un assorbitore ottico. In PAS / TIRPAS rifrattometria, sia TIRPAS e forme d'onda PAS sono ottenuti da entrambi campo evanescente di eccitazione fotoacustica e tradizionale di eccitazione fotoacustica. Tracciando questi due regimi su un grafico dello spettro angolare, l'angolo transitorio può osservare, che può quindi essere utilizzato per ricavare l'indice di rifrazione. Infine, in OTPAS, uno spettro di segnali acustici sono ricavati con irraggiamento laser oltre l'angolo θ critica c sia un film sottile su un substrato e un substrato nudo. Applicando un algoritmo curva-montaggio non lineare ai dati, lo spessore del film sottile e indice di rifrazione possono essere derivate. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

together.within-page keep- figure-results-2
. Figura 2. EFPA schematica / foto a sinistra: Per impostare EFPA il raggio laser deve essere ampliato per riempire eccessivamente l'area di rilevamento coperta dal lattice di gomma. Il raggio dovrebbe inizialmente essere ad un angolo di 45 gradi al prisma, come mostrato. A destra:. Foto del setup che mostra il treno ottica Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

figure-results-3
Figura 3. Esempio di carico. I campioni vengono caricati con il prisma fare contatto ottico con olio per immersione al substrato. In TIRPAS o PAS / TIRPAS rifrattometria, il contatto diretto a liquido si ottiene con il campione sul substrato per il test. In OTPAS, l'accoppiamento ottico through olio supplementare di immersione tra il substrato e lattice di gomma rossa permette di tunneling ottico a verificarsi. Il supporto viene poi bloccato insieme con una chiave a coppia e viti di montaggio. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

figure-results-4
Figura 4. TIRPAS dati tipici. Forme d'onda TIRPAS in genere hanno un aspetto bipolare segnale acustico che è caratteristica del metodo TIRPAS. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

figure-results-5
Figura 5. PAS / TIRPAS dati tipici. </ Strong> sinistra: Dati spettro angolare che si ottiene irradiando il campione a vari angoli di incidenza. A destra: derivata numerica di figura a sinistra che rivela una minimi locali che indica la transizione dal PAS a regimi TIRPAS, che a sua volta corrisponde alla posizione dell'angolo critico. Ristampato con il permesso. 18 Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

figure-results-6
Figura 6. diagramma di flusso del programma. Il programma viene eseguito in pochi passaggi iterativi. Il supporto del prisma è impostato a zero gradi e quindi i parametri vengono selezionati prima di eseguire il programma. Poi il programma viene eseguito per acquisire uno spettro angolare sia un substrato e un film. Infine, una curva è adatta ai dati per stimare l'indice di rifrazione e lo spessore pellicola. Ristampato con il permesso. 6 Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

figure-results-7
. Figura 7. OTPAS dati tipici sinistra: Questa figura mostra le scansioni dello spettro angolare di un film MgF 2 e un substrato N-BK7 rispettivamente. A destra: Dividendo la scansione pellicola spettro angolare MgF 2 dalla scansione substrato N-BK7 e moltiplicando per un fattore costante beta, grado di tunneling ottico (%) vs. angolo di incidenza può essere ottenuta, che consente la stima della rifrazione l'indice e lo spessore del film sottile. cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

PAS / TIRPAS Esempio 1 Esempio 2 Esempio 3 Esempio 4 Esempio 5 Atago R-5000
Diretta rosso / PEG
125 mg / ml 		1.395 1.395 1.395 1.395 1.395 1,395-1,397
Diretta rosso / PEG
250 mg / ml 		1.39 1.39 1.39 1.39 1.39 1,390-1,396
Diretta rosso / PEG
500 mg / ml 		1.388 1.389 1.389 1.389 1.389 1,381-1,395
Diretta rosso / PEG
750 ug / ml 		1.382 1.382 1.387 1.387 1.387 1,372-1,395
Mioglobina
460 mg / ml 		1.33 1.329 1.331 1.33 1.331 1.335

Tabella 1. PAS risultati / TIRPAS. La tabella seguente mostra i risultati tipici per colorante rosso diretto con il 50% PEG mescolato per aumentare l'indice di rifrazione. Ristampato con il permesso. 18

tipo di test Tecnica tipo Film Indice di rifrazione Spessore (nm)
Intrasample OTPAS MgF 2 200 nm 1.384 ± 0.004 203 ± 6
Intrasample Ellipsometry MgF 2 200 nm 1.393 ± 0.001 192.4 ± 1.1
Intersample OTPAS MgF 2 200 nm 1.395 ± 0.011 220 ± 19
Intersample ellissometria MgF 2 200 nm 1.392 ± 0.002 195,2 ± 1.8

Tabella 2. OTPAS risultati. La tabella seguente mostra i risultati tipici per 200 nm MGF 2 film sottili in OTPAS vs. spettroscopica ellissometria. Intrasample si riferisce a test di un unico film dieci volte, mentre Intersample si riferisce a testare dieci film in modo indipendente. Ristampato con il permesso. 6

# Delle medie 1 angolo di partenza 60 Riscaldamento (min) 0 Indice di rifrazione (prisma) 1.519
# scansioni 1 Dimensione del passo 0.1 Salvare .csv "yourfilename" Microstep # 10
Set Q-switch 275 angolo di arresto 80 laser selezionare Surelite Velocità (rpm) 500
Tolleranza di errore (%) 5 avvio laser sopra Filtro passa-basso (program) 1,00 x 10 7 Accelerazione (RPS) 200

Tabella 3. Impostazioni dello spettro angolare per PAS / TIRPAS rifrattometria. La seguente tabella mostra le impostazioni necessarie per uno spettro angolare in PAS / TIRPAS rifrattometria.

# Delle medie 64 angolo di partenza 70 Riscaldamento (min) 1 Indice di rifrazione (prisma) 1.519
# scansioni 1 Dimensione del passo 0.1 Salvare "Yourfilename &# 8221; .csv Microstep # 10
Set Q-switch 275 angolo di arresto 72 laser selezionare Surelite Velocità (rpm) 500
Tolleranza di errore (%) 5 avvio laser sopra Filtro passa-basso (programma) 1,00 x 10 7 Accelerazione (RPS) 200

Tabella 4. Impostazioni spettro angolare per OTPAS. La seguente tabella mostra le impostazioni necessarie per uno spettro angolare OTPAS.

Indice di rifrazione inferiore 1 Tolleranza 1,00 x 10 -12 accoppiatore RI 1.519 i dati del substrato selezionare yourfilename.csv
spessore minore 0 nm Rifrazione indovinare indice 1.3 lunghezza d'onda 532 nm Più file di risparmiare a selezionare yourfilename.csv
spessore superiore 1.000 nm congettura spessore 200 nm Polarizzazione P polarizzato Quanti file # Dei file che si vuole adattare
Max iterazione 5.000 SubstratoRI 1.519 dati Film selezionare yourfilename.csv Tipo di adattamento in forma singola / batch in forma

Tabella 5. Curve parametri di adattamento. La tabella seguente mostra i parametri di raccordo di curva necessari per la stima dei parametri corretti.

Supplementare Codice File:. Pellicola sottile OTPAS analyzer_USB-5133.vi Cliccate qui per scaricare questo file.

Discussione

L'uso di dispositivi per la caratterizzazione dei materiali su scala nanometrica continuerà senza dubbio nel lontano futuro al fine di produrre nuovi materiali e combinazioni di materiali per risolvere problemi sociali difficili e costosi. Molti metodi come l'ellissometria, la microscopia a forza atomica (AFM) e la fotoacustica tradizionale sono attualmente utilizzati per valutare le proprietà dei materiali su scala nanometrica, nonostante i loro limiti intrinseci dovuti a poche alternative. EFPA si mostra promettente come un insieme consolidato di tecniche in grado di superare i limiti tipici dell'effetto fotoacustico per fornire un unico strumento per caratterizzare i materiali su scala nanometrica.

Il protocollo qui descritto e le sue sottotecniche associate hanno la capacità di stimare sia gli indici di rifrazione di massa che quelli di film sottili di un materiale, lo spessore del film e hanno capacità di rilevamento per una varietà di applicazioni di biorilevamento. OTPAS ha in particolare il vantaggio di poter stimare lo spessore e l'indice di rifrazione dei film su scala nanometrica nonostante il fatto che i film stessi non contengano pigmentazione intrinsecamente assorbente. L'EFPA come insieme consolidato di tecniche presenta alcuni vantaggi rispetto a tecniche come l'ellissometria, la microscopia a forza atomica e il tradizionale effetto fotoacustico. Il primo vantaggio è che l'EFPA è relativamente poco costoso da configurare. Una tipica configurazione EFPA può stimare l'indice di rifrazione sia dalla massa che dalla superficie, può stimare lo spessore e può sondare materiali assorbenti e costerà circa $ 5.000 per l'installazione. Al contrario, le configurazioni AFM costano circa $ 50.000 e non possono stimare le proprietà ottiche. In secondo luogo, EFPA può stimare queste proprietà in pochi minuti senza interazioni complesse, come nell'ellissometria, dove l'errore del parametro di input può causare differenze nei risultati. Infine, l'EFPA, rispetto all'effetto fotoacustico tradizionale, ha una risoluzione assiale 100 volte inferiore in quanto può stimare lo spessore di film da 200 nm6 mentre l'effetto fotoacustico tradizionale è limitato a 7.500 nanometri quando si utilizzano laser simili e configurazione82. Convenientemente, quasi tutti i materiali hanno proprietà indipendenti e diverse dell'indice di rifrazione superficiale e di massa, nonché proprietà di assorbimento, che collettivamente fanno differenze funzionali nel loro uso nei sistemi di ricerca ottica.

I passaggi critici all'interno del protocollo si riducono a tre considerazioni principali. Innanzitutto, l'accoppiamento ottico del campione, sia esso un liquido o una pellicola, è fondamentale per ottenere risultati affidabili e ripetibili. Le bolle d'aria all'interno dell'olio di immersione o del campione porteranno a una caratterizzazione imprecisa dello spessore, dell'indice di rifrazione e, in alcuni casi, a una completa mancanza di sensibilità del trasduttore al campione eccitato a causa dell'incapacità degli ultrasuoni di passare adeguatamente attraverso un'interfaccia liquido/aria a causa di valori di impedenza acustica molto diversi. In secondo luogo, per quanto riguarda gli OTPAS, un campione che è omogeneamente spesso nell'area irradiata dal raggio laser al fine di fornire valori di spessore coerenti durante la scansione, poiché l'EFPA non è ancora in grado di determinare differenze di spessore all'interno dell'area di eccitazione. Infine, sempre per quanto riguarda gli OTPAS, il film campione deve essere trasparente alla lunghezza d'onda utilizzata. Questa è un'ipotesi fondamentale fatta nelle equazioni matematiche che descrivono come OTPAS trova i valori di spessore e indice di rifrazione. Se l'assorbimento è sufficientemente sostanziale da far assorbire dal film più dell'1% della luce incidente, la caratterizzazione non corrisponderà ai valori reali di spessore e indice di rifrazione del film.

Le modifiche alla tecnica EFPA possono essere apportate con relativa facilità e altri tipi di componenti possono essere sostituiti per scansioni o funzionalità più efficaci. Gli unici problemi importanti che devono essere affrontati quando si costruisce un sistema EFPA sono i seguenti. Innanzitutto, è fondamentale disporre di un metodo per ruotare automaticamente una montatura del prisma e acquisire segnali acustici con piccoli incrementi (0,05 gradi). In secondo luogo, avere un sistema laser con larghezza di impulso di nanosecondi o più corto per eccitare i campioni utilizzando l'effetto fotoacustico. In terzo luogo, avere un'interfaccia utente grafica o un programma per acquisire i dati per eseguire l'adattamento matematico della curva e le derivate numeriche per stimare lo spessore e l'indice di rifrazione del film sottile.

Ci sono tre limiti fondamentali all'EFPA. Il primo è che per trovare l'indice di rifrazione di massa, l'indice di rifrazione a film sottile, lo spessore o rilevare i materiali utilizzando TIRPAS, il campione deve avere un indice di rifrazione inferiore a quello del prisma o del substrato con cui è a contatto in modo che possa verificarsi una riflessione interna totale, che è la base di tutte e tre queste tecniche. La seconda limitazione è che l'EFPA attualmente richiede il contatto fisico per stimare lo spessore, l'indice di rifrazione e per il rilevamento delle proprietà. L'ultima limitazione è che l'OTPAS, una sottotecnica dell'EFPA, attualmente richiede materiali otticamente trasparenti per stimare lo spessore e l'indice di rifrazione del film sottile di interesse.

Questo tipo di strumento consolidato potrebbe trovare molte applicazioni in ambienti di caratterizzazione, tra cui nuclei di ricerca e ambienti industriali. Il lavoro futuro sulle tecniche EFPA si concentrerà sul miglioramento dell'accuratezza dell'indice di rifrazione attraverso miglioramenti nella strumentazione e negli stadi traslazionali/rotazionali. Ulteriori progressi si concentreranno sul miglioramento del rapporto segnale/rumore per il rilevamento di piccole quantità di materiali assorbenti, in modo da caratterizzare materiali debolmente assorbenti, come si trovano più comunemente nei sistemi biologici.

Dichiarazioni

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Ringraziamenti

Questo progetto è stato finanziato dalla National Science Foundation Brige Award (1.221.019).

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Lente piana convessa da 100 mmThorlabsLA1509Lente piana convessa per espansore di fascio-Lente
piana concava da 30 mmThorlabsLC2679Lente piana concava per espansore di fascio
Trasduttori a ultrasuoni da 10 MHzHarisonicI31006TSensori a ultrasuoni utilizzati per il rilevamento fotoacustico, sia per la misurazione dell'energia laser che per la montatura OTPAS
Olio da immersione Tipo ACargille16482Indice di 1,519 per corrispondere a quello dei substrati NBK-7 Foglio di
gomma in lattice naturale (rosso)McMastercarr86085K11Indice ~1,519 per corrispondere a quello del liquido di immersione di tipo A per fungere da assorbitore ottico per misurare il tunneling ottico e l'energia laser
Occhiali laserVERE53Utilizzato per proteggere gli occhi dalla luce laser
Cubo divisore di fascio non polarizzante montato su gabbiaThorlabsCM1-BS013Luce laser divisa in modo che una metà possa essere misurata e una metà possa essere utilizzata per l'eccitazione
Cubo divisore di fascio polarizzatore montato su gabbiaThorlabsCM1-PBS251Assicurarsi che la luce sia polarizzata prima di essere utilizzata per esperimenti di tunneling ottico
Diaframma a iride attivato ad anello graduatoThorlabsSM1D12CTagliare il raggio a una dimensione più piccola per l'allineamento
Scheda diacquisizione datiOscilloscopio USBUSB-5133
Driver per motori passo-passoNational InstrumentsMID-7604Driver per motori passo-passo per lo
stadio Sherline XYSherline5600-CNC/5610-CNCSherline XY
stadio 4 griffe mandrino autocentranteSherline1076/1034Sherline attacco rotazionale
Attacco ad angolo rettoSherline3701Attacco ad angolo retto per il fissaggio a montaggio rotazionale
Tavola rotante CNCSherline8730Tavola rotante per il supporto del prisma/campione OTPAS
Sistema laser Surelite I-20ContinuumI-20Q-switched Laser Nd:YAG per campioni emozionanti Prisma
NBK-7ThorlabsPS911Prisma ad angolo retto per EFPA
Chiave dinamometrica regolabileTohnichiRTD40ZChiave dinamometrica regolabile per serrare equamente la montatura EFPA per ogni tecnica a 16,75 g/mm
Livella digitaleMicromark84519Livella digitale per garantire che il supporto del prisma EFPA inizi a 0 gradi.
di National Instruments per l'acquisizione di dati a spettri angolari (14")

Riferimenti

  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).

Ristampe e permessi

Tag

Fotoacustica a campo evanescenteriflessione interna totaletunneling otticomisurazione dell indice di rifrazioneanalisi di film sottilispettroscopia fotoacusticatrasduttori ultrasoniciconfigurazione del supporto per prismimisurazione dello spettro angolaredeterminazione dell angolo critico
Evanescente campo fotoacustica based: ottico valutazione delle proprietà a Surfaces
Contattaci
Raccomanda alla biblioteca

Privacy

Termini di utilizzo

Politiche

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Tutti i diritti riservati.