병렬 판 도파관 센서를 사용하여 Terahertz 마이크로 감지

Summary

홈 붙이 병렬 판 도파관의 형상에 따라 terahertz 주파수에 대한 굴절률 센서를 구현하기위한 절차는 여기에 설명되어 있습니다. 방법은 도파관 구조의 공진 주파수의 변화의 모니터링을 통해 액체의 작은 볼륨의 굴절률의 측정을 산출

Abstract

굴절률 (RI) 감지는 interferometers 및 resonators ^1,2 가능한 센서 디자인의 다양한 범위의 마이크로 유체 샘플 식별, 감지 및 모니터링을위한 강력한 비 침투 및 레이블 - 무료 감지 기술입니다. 기존의 RI 대부분의 감지 응용 분야는 DNA의 하이브리드 및 게놈 시퀀싱 등의 표시 및 IR 주파수에서 수성 솔루션에 생물 재료에 초점을 맞 춥니 다. terahertz 주파수에서 응용 프로그램은 무극성 물질을 포함하는 산업 공정 및 감지 및 감지 응용 프로그램의 모니터링, 품질 관리 등이 있습니다.

terahertz 정권의 굴절률 센서에 대한 몇 가지 잠재적 인 디자인은 병렬 플레이트 waveguides ^5에 통합 된 광자 크리스탈 waveguides ^3, 비대칭 분할 링 resonators ⁴ 및 광자 밴드 갭 구조를 포함하여 존재합니다. 이러한 설계의 대부분은 이러한 고리와 같은 광학 resonators에 근거또는 충치. 이러한 구조의 공진 주파수는 공진기 또는 주변 재료의 굴절률에 따라 달라집니다. 공진 주파수의 변화를 모니터링하여 시료의 굴절률을 정확하게 측정 할 수 있으며,이 결과적으로는 등, 오염 또는 희석을 감시, 자료를 식별하는 데 사용할 수 있습니다

우리가 사용하는 센서 디자인은 간단한 병렬 판 도파관 ^6,7에 기반을두고 있습니다. 직사각형 홈이 공진 캐비티 (그림 1과 2)와 같은 하나의 얼굴 행위로 가공. terahertz 방사선이 낮은 순서 횡 방향 - 전기 (TE ₁₎ 모드에서 도파관과 전파에 결합 될 때, 그 결과는 그루브 ^6,8의 형상에 따라 달라집니다 조정할 공진 주파수와 하나의 강력한 공진 기능입니다. 이 홈은 liq의 양에 따라 달라 관찰 공진 주파수의 변화를 일으킬 무극성 액체 마이크로 유체 샘플로 가득 할 수 있습니다그루브와 굴절률 ⁹ UID.

프로 시저가 클린 룸 또는 특수 제조 또는 실험 기술을 필요없이 표준 실험실 장비를 수행 할 수 있기 때문에 우리의 기술은, 그 단순함에 모두 제조 및 구현의 다른 terahertz 기술에 비해 장점이 있습니다. 또한 쉽게 ^​​열 여러 그루브의 결합에 의해 멀티 채널 작동으로 확장 할 수 있습니다. 이 비디오에서 우리는 센서의 설계에서 데이터 분석 및 샘플 굴절률 결정까지 우리 전체 실험 절차를 설명합니다.

Protocol

1. 센서 설계 및 제작

1. 하나 이상의 통합 충치 (또는 "홈")과 병렬 판 도파관을 디자인합니다. 도 1 및도 2를 참조하십시오. 기하학은 우리의 이전 출판물 ^8,9에 주어진 그에 따라 또는 특수 특정 응용 프로그램에 대한 설계 될 수있다. 다음과 같은 일반적인 원칙이 제안됩니다 :
   1. 판 간격 :이 실험에서 1mm의 판 간격이 특별한 광학 필요없이 TE1 모드로 효과적인 커플 링에 사용됩니다. 또한 관심의 주파수에서 단일 모드 전파를 보장합니다. 다른 판 spacings를 사용하는 경우, 다중 전파, 분산 및 커플 링 효율이 고려되어야한다.
   2. 스페이서 :이 플레이트 간격이 유전체 스페이서를 사용하여 유지됩니다. 매우 균일 한 두께가있는 유리 조각이 우수 스페이서를 - 우리의 경우, 우리는 파괴 현미경 슬라이드에서 파편을 사용하여 1mm + /의 두께가로 - 3 μm합니다.
   판 크기 : 플레이트 자체가 입력 빔에 비해들은 무한으로 간주 될 수 있다는 충분한 폭해야합니다. (우리의 경우에는 1.2 cm 빔을위한 4.75 cm.) 각 판의 두께는 피부 깊이보다 훨씬 두꺼운이어야하며, 두꺼운 판 (> 1cm)은 도파관 위 또는 아래 통과 에너지의 가능성을 줄이기 위해 권장합니다 와 검출기....

Discussion

이 테스트중인 액체의 굴절률은 폭 넓은 대역폭 만 캐비티 공진의 주파수에 있지 결정됩니다 것을 알아야한다. 이 작업은 몇 뚜렷한 장점이 있습니다. 우리의 측정 특성화 목적으로 광대역 terahertz 소스의 사용을 만들었습니다하지만 먼저, 하나는 제한된 주파수 tunability의 정도, 훨씬 적은 비용이있을 수 접근 방법과 함께 단일 주파수 THz 소스와 동등한 감지 시스템을 구축 할 수 더 컴팩트. 둘째, 감지 접근 방식은 하나의 도파관에 여러 홈을 도입하여 parallelized 수 있습니다. ¹⁰ 각 그루브가 감지에 따라서 다른 주파수를 약간 다른 구조를 가지고 있고, 것입니다. 광대역 terahertz 펄스를 사용, 하나는 여러 액체 샘플에 대해 개별적으로 동시에 굴절 지수 (및 교대)를 결정할 수있다. 이 병렬 감지 기능은 쉽게 기존에 통합되지 않을단일 액체가 한 번에 측정 된 시간 도메인 terahertz 측정 시스템.

이 실험 기술을 가장 중.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
시약의 이름	회사	카탈로그 번호	코멘트 (선택 사항)
10 μl 주사기	해밀턴	80,314	높은 정밀 주사기
액체 alkanes	Acros의 유기물		교정과 테스트를 위해 샘플
			특별한 장비는 필요하지 않습니다. 적합 시험 자료 및 용제가 실험의 재량에 남아 있습니다. 이 절차에 사용되는 고정밀 주사기는 아래 표에 나열되어 있습니다,하지만 실험을 향상 정확성에 대해 디지털 주사기를 포함한 다른 볼륨 또는 디자인의 주사기를 사용하실 수 있습니다. 이 실험에 사용 된 테스트 alkanes도 나와 있습니다.