平行平板導波センサを用いたテラヘルツマイクロ流体センシング

このプロトコルは、テラヘルツ周波数でマイクロ流体サンプルの屈折率を測定するために溝付き平行プレート導波ガイドを使用します。次に、テラヘルツ時間領域分光システムを使用して、導波路の共振周波数を測定します。次に、慎重に測定したサンプル流体の量を導波路に充填します。

最後のステップは、充填された導波路の共振周波数を測定することです。最終的には、空の波路と充填された波路の共振周波数の差を使用して、テラヘルツ周波数範囲のサンプルの屈折率を決定できます。一般に、この方法に不慣れな人は、再現性のある結果を得るために非常に高い精度が必要なため、苦労するでしょう。

キムはダニエル・ミドルマンの研究室から別の大学院生を巻き取り、私は今、手順を実演します。1つ以上の統合されたキャビティまたは溝を備えた平行プレート導波路を設計します。付属の原稿に詳述されているパラメータに基づいてジオメトリを作成し、以前の出版物も参照してください。

これらは、いくつかの一般的な指針です。入射ビームと比較して無限と見なすことができるほど幅のプレートサイズから始めて、溝に簡単にアクセスできるようにします。底面導波板を天板より大幅に幅広にし、溝が板の幅ほぼ全幅に広がるようにします。

伝搬長は、導波路全体が、底板の溝と穴の範囲がねじ込まれているのに対し、上部の穴がねじ込まれていない少なくとも3倍の長さになるようにします。溝の設計は、目的の共振周波数、目的の線幅、選択したプレート間隔などの要因によって異なります。参照として使用するために、非常に狭い溝または非常に浅い溝の製造技術の制限を考慮することが重要です。

また、溝のない同一のデザインを製作します。粉々になった顕微鏡の破片などの誘電体スペーサーを使用して、プレートの間隔を維持します。スライドマシンはウェーブガイドを製作します。

重要なのは、プレートの端、特に入力面を鈍くしないことです。丸みを帯びたエッジは、安全上の理由から多くの機械工場で標準的な方法ですが、入力面の丸みを帯びたエッジは信号を歪めます。アセンブリは、互いに垂直な 2 つの平面を持つ構造から開始します。

底板を水平面に置き、押します。垂直面と同じ高さにします。誘電体スペーサーをネジ穴にできるだけ近づけて挿入します。

ネジごとに2つ、両側に1つずつ。ネジが溝を塞いだり、入力面を超えて伸びたりしないことを確認してください。慎重に。トッププレートを垂直面と同じ高さに置き、下にスライドさせてボトムプレートとスペーサーの上に置きます。

これで、両方のプレートを垂直面と同じ高さに保持します。ネジを挿入し、交互のパターンで徐々にねじ込みます。最終的なウェーブガイドを調べて、完全に平坦な入力面と均一なプレート間隔を確認します。

装置を構成することから始めます。まだ存在しない場合は、4つのレンズを共焦点向きでrahヘルツビームパスに導入します。パスの中間点にピントを合わせるには、焦点に 12 mm の絞りを配置します。

開口部は、導波路を経由する以外のすべての放射線が伝播するのを防ぐのに十分な大きさである必要があります。開口のサイズによって、導波路内を伝搬するビームサイズが決まります。安全なホルダーを使用して、導波管の再現性のある配置を確保します。

次に、入力面を開口部に接触させ、導波路の伝搬軸を光軸にできるだけ近づけて、導波路を開口部のすぐ後ろに配置します。ここでのアライメントは、カットオフ、共振周波数の反射分散の変動、および導波管の不適切なアライメントにより発生する可能性のあるその他の問題です。次に、シリンジの先端が溝と揃うようにシリンジホルダーを配置します。

最良の結果を得るには、材料ごとに異なるシリンジを使用して、相互汚染を防ぎます。シリンジに試験する液体を入れ、気泡を取り除きます。また、ランの合間。

最初にウェーブガイドを分解する必要があるクリーニング手順に従います。次に、両方のプレートを適切な溶媒で十分に洗浄し、実験から残留物を取り除きます。圧縮空気でブロードライし、前に示したように導波管を組み立て直します。

grod導波路の基準波形から始めます。基準波形は、時間の長期的な安定性にもよりますが、各実験セッション中に数時間に一度だけ必要です。ドメイン分光器の信号。

グループ化されていないウェーブガイドを取り外します。次に、きれいな溝付きウェーブガイドを装置に配置します。空のグループ化されたウェーブガイドの波形を取ります。

取り外しと分解のプロセスにより、導波路の形状に非常に小さなばらつきが生じる可能性があります。これらの変動は、空の溝と充填された溝の絶対共振周波数に影響しますが、観測されたシフトには影響しません。したがって、各フル計測には、独自の空のリファレンスが必要です。

シフトを計算するには導波管を動かさずに、充填されたシリンジをホルダーの所定の位置に置きます。ゆっくりと溝を埋めます。泡やオーバーフローがなく、塗りつぶしが良好であることを確認してください。

別の波形を取ります。システムに複数の溝がある場合は、必要に応じて溝を埋め続けて取ります。ウェーブガイドを取り外して清掃してから、次のデータセットを収集します。

このよく製造された導波路の例では、溝が導波路の全長または幅を伸ばしていないことに注意してください。平行板を組み立てると、導波路形状はテラヘルツ周波数の屈折率センサーの実装に適しています。屈折率の測定には少量の液体が必要です。

これらのデータは典型的な周波数スペクトルを示しており、テトラデカンの分析から得られます。基準の未溝付きウェーブガイドから得られたスペクトルは黒で示され、液体充填のない溝付きウェーブガイドの測定値は青で示され、テトラデカンサンプルを含む溝付きウェーブガイドは赤で示されています。次に、空と全溝付きウェーブガイドの振幅スペクトルを、基準波ガイドからのスペクトルで二乗して除算し、電力伝送スペクトルを取得します。

エンプティウェーブガイドとフルウェーブガイドの共振特性の周波数の違いは、屈折率に関連する共振シフトです。この手順を試行する際には、できるだけ一貫性を保つことを忘れず、導波路の相互汚染を最小限に抑えるように注意する必要があります。このビデオを見れば、テラヘルツ時間領域分光法を使用して溝付き平行平板導波路の共振周波数を測定することにより、マイクロ流体サンプルの屈折率の測定値を取得する方法について十分に理解できるはずです。