Terahertz Sensing microfluidici Utilizzando un parallelo-piastra sensore guida d'onda

Questo protocollo utilizza una guida d'onda a piastra parallela scanalata per misurare l'indice di rifrazione di un campione microfluidico a frequenze terahertz Per prima cosa progettare e fabbricare la guida d'onda scanalata per esibire una risonanza nell'intervallo dei terahertz. Quindi, utilizzando un sistema di spettroscopia nel dominio del tempo terahertz, misurare la frequenza di risonanza della guida d'onda. Quindi, riempire la guida d'onda con un volume accuratamente misurato del fluido campione.

Il passaggio finale consiste nel misurare la frequenza di risonanza della guida d'onda riempita. In definitiva, la differenza tra le frequenze di risonanza per le guide d'onda vuote e piene può essere utilizzata per determinare l'indice di rifrazione del campione nell'intervallo di frequenza terahertz. In generale, le persone che non conoscono questo metodo avranno difficoltà a causa dell'elevata precisione richiesta per ottenere risultati ripetibili.

Kim reon, un altro studente laureato del laboratorio di Daniel Middleman e ora dimostrerò la procedura. Progetta una guida d'onda a piastra parallela con una o più cavità o scanalature integrate. Basare la geometria sui parametri descritti nel manoscritto di accompagnamento e fare riferimento anche alle nostre pubblicazioni precedenti.

Questi sono alcuni principi guida generali. Inizia con una dimensione della piastra abbastanza larga da poter essere considerata infinita rispetto al raggio di ingresso per consentire un facile accesso alla scanalatura. Rendere la piastra di guida ondulata inferiore significativamente più larga della piastra superiore in modo che la scanalatura si estenda quasi per l'intera larghezza della piastra.

Rendere la lunghezza di propagazione tale che la guida d'onda nel suo insieme sia almeno tre volte più lunga dell'estensione della scanalatura e i fori nella piastra inferiore sono filettati mentre quelli nella parte superiore non lo sono. Il design della scanalatura dipenderà dalla frequenza di risonanza desiderata, dalla larghezza della linea desiderata e dalla spaziatura delle piastre scelta, tra gli altri fattori. È importante considerare i limiti delle tecniche di fabbricazione per scanalature molto strette o molto poco profonde da utilizzare come riferimento.

Fabbricare anche un design identico privo di scanalatura. Mantieni la spaziatura delle piastre utilizzando distanziatori dielettrici come i frammenti di un microscopio in frantumi. La macchina scorrevole fabbrica la guida d'onda.

È importante non smussare i bordi delle piastre, in particolare sulla faccia di ingresso. I bordi arrotondati sono una pratica standard in molte officine meccaniche per motivi di sicurezza, ma un bordo arrotondato sulla faccia di ingresso distorcerà il segnale. Iniziate l'assemblaggio con una struttura con due superfici piane perpendicolari l'una all'altra.

Posizionare la piastra inferiore sulla superficie orizzontale e premerla. A filo contro la superficie verticale. Inserire i distanziatori dielettrici il più vicino possibile ai fori delle viti.

Due per vite, uno per lato. Verificare che le viti non ostruiscano la scanalatura o si estendano oltre la superficie di ingresso. Attentamente. Posizionare la piastra superiore a filo contro la superficie verticale e farla scorrere verso il basso per posizionarla sulla piastra inferiore e sui distanziatori.

A questo punto, tenendo entrambe le piastre a filo contro la superficie verticale. Inserire le viti, avvitarle in modo incrementale in modo alternato. Esaminare la guida d'onda finale per verificare che la superficie di ingresso sia perfettamente piatta e che la spaziatura uniforme tra le placche.

Inizia configurando l'apparato. Se non sono già presenti, introdurre quattro lenti nel percorso del fascio di rah hertz con orientamento confocale. Per fornire una messa a fuoco precisa nel punto medio del percorso, posizionare un'apertura di 12 millimetri nel punto focale.

L'apertura dovrebbe essere sufficientemente grande da bloccare la propagazione di tutte le radiazioni tranne che attraverso la guida d'onda. La dimensione dell'apertura determinerà la dimensione del fascio che si propaga nella guida d'onda. Utilizzare un supporto sicuro per garantire il posizionamento ripetibile della guida d'onda.

Quindi posizionare la guida d'onda immediatamente dietro l'apertura con la faccia di ingresso a contatto con l'apertura e con l'asse di propagazione della guida d'onda allineato il più vicino possibile all'asse ottico. L'allineamento qui è critico: riflessioni, dispersione, variazioni nel taglio, nelle frequenze di risonanza e altri problemi possono sorgere a causa di un allineamento improprio della guida d'onda. Ora, posiziona il supporto della siringa in modo che la punta della siringa sia allineata con la scanalatura.

Per ottenere i migliori risultati, utilizzare una siringa diversa per ogni materiale per evitare la contaminazione incrociata. Riempire la siringa con il liquido da testare ed eliminare eventuali bolle. Anche tra una corsa e l'altra.

Seguire una procedura di pulizia che richiede prima lo smontaggio della guida d'onda. Quindi lavare accuratamente entrambe le piastre in un solvente appropriato per rimuovere eventuali residui dall'esperimento. Asciugare con aria compressa, rimontare la guida d'onda come mostrato in precedenza.

Inizia con una forma d'onda di riferimento della guida d'onda grod. Una forma d'onda di riferimento è necessaria solo una volta ogni poche ore durante ogni sessione sperimentale, a seconda della stabilità a lungo termine del tempo. Segnale spettrometro di dominio.

Rimuovere la guida d'onda non raggruppata. Quindi posizionare la guida d'onda scanalata pulita nell'apparecchio. Prendi una forma d'onda per la guida d'onda raggruppata vuota.

Il processo di rimozione e smontaggio può portare a variazioni molto piccole nella geometria della guida d'onda. Queste variazioni influenzeranno la frequenza di risonanza assoluta dei solchi vuoti e pieni, ma non lo spostamento osservato. Pertanto, ogni misurazione completa richiede un proprio riferimento vuoto.

Per calcolare lo spostamento Senza spostare la guida d'onda, posizionare la siringa piena nel supporto. Riempire lentamente il solco mantenendolo. Controlla che il riempimento sia buono senza bolle o trabocchi.

Prendi un'altra forma d'onda. Se il sistema ha più di una scanalatura, continuare a riempire le scanalature e prelevare come desiderato. Rimuovere la guida d'onda e pulirla prima di raccogliere il set di dati successivo.

In questo esempio di guida d'onda ben fabbricata, si noti che la scanalatura non si estende per l'intera lunghezza o larghezza della guida d'onda. Una volta assemblata la piastra parallela, la geometria della guida d'onda è adatta per l'implementazione di un sensore dell'indice di rifrazione per le frequenze terahertz. Per la misurazione dell'indice di rifrazione è necessario un piccolo volume di liquido.

Questi dati mostrano spettri di frequenza tipici e sono ottenuti da un'analisi del tetradecano. Lo spettro ottenuto dalla guida d'onda non scanalata di riferimento è mostrato in nero Le misurazioni della guida d'onda scanalata senza riempimento di liquido sono indicate in blu e la guida d'onda scanalata con un campione di tetra decano è in rosso. Gli spettri di ampiezza per le guide d'onda scanalate vuote e piene vengono quindi quadrati e divisi per lo spettro dalla guida d'onda di riferimento per ottenere spettri di trasmissione di potenza.

La differenza di frequenza tra le caratteristiche di risonanza delle guide d'onda vuote e piene è lo spostamento di risonanza che si riferisce all'indice di rifrazione. Durante il tentativo di eseguire questa procedura, è importante ricordare di essere il più coerenti possibile e di fare attenzione a ridurre al minimo la contaminazione incrociata nella guida d'onda. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come ottenere una misura dell'indice di rifrazione di un campione microfluidico misurando la frequenza di risonanza di una guida d'onda a piastra parallela scanalata utilizzando la spettroscopia nel dominio del tempo Terahertz.