Terahercowe wykrywanie mikroprzepływowe za pomocą czujnika falowodu z płytką równoległą

Protokół ten wykorzystuje rowkowany falowód z równoległą płytką do pomiaru współczynnika załamania światła próbki mikroprzepływowej przy częstotliwościach terahercowych Najpierw zaprojektuj i wyprodukuj rowkowany falowód, aby wykazywał rezonans w zakresie teraherców. Następnie za pomocą systemu spektroskopii w dziedzinie czasu terahercowego zmierz częstotliwość rezonansową falowodu. Następnie napełnij falowód dokładnie odmierzoną objętością płynu próbki.

Ostatnim krokiem jest pomiar częstotliwości rezonansowej wypełnionego falowodu. Ostatecznie różnica między częstotliwościami rezonansowymi dla pustych i wypełnionych falowódów może być wykorzystana do określenia współczynnika załamania światła próbki w zakresie częstotliwości terahercowych. Ogólnie rzecz biorąc, osoby, które dopiero zaczynają korzystać z tej metody, będą miały trudności ze względu na bardzo wysoką dokładność wymaganą do uzyskania powtarzalnych wyników.

Kim przyprowadził innego doktoranta z laboratorium Daniela Middlemana, a ja zademonstruję teraz całą procedurę. Zaprojektuj równoległy falowód płytowy z jedną lub kilkoma zintegrowanymi wnękami lub rowkami. Oprzyj geometrię na parametrach wyszczególnionych w dołączonym manuskrypcie, a także zapoznaj się z naszymi poprzednimi publikacjami.

Oto kilka ogólnych zasad przewodnich. Zacznij od płyty o rozmiarze na tyle szerokim, aby można ją było uznać za nieskończoną w porównaniu z belką wejściową, aby umożliwić łatwy dostęp do rowka. Spraw, aby dolna płyta prowadząca falę była znacznie szersza niż płyta górna, tak aby rowek rozciągał się prawie na całą szerokość płyty.

Długość propagacji powinna być taka, aby falowód jako całość był co najmniej trzy razy dłuższy niż długość rowka, a otwory w dolnej płycie są gwintowane, podczas gdy te w górnej części nie są. Projekt rowka będzie zależał między innymi od pożądanej częstotliwości rezonansowej, żądanej szerokości linii i wybranego rozstawu płyt. Ważne jest, aby wziąć pod uwagę ograniczenia technik wytwarzania dla bardzo wąskich lub bardzo płytkich rowków Do wykorzystania jako odniesienie.

Produkuj również identyczny projekt bez rowka. Zachowaj odstępy między płytkami za pomocą przekładek dielektrycznych, takich jak odłamki z rozbitego mikroskopu. Maszyna ślizgowa wytwarza falowód.

Co ważne, nie należy stępiać krawędzi płyt, szczególnie na powierzchni wejściowej. Zaokrąglone krawędzie są standardową praktyką w wielu warsztatach mechanicznych ze względów bezpieczeństwa, ale zaokrąglona krawędź na powierzchni wejściowej zniekształci sygnał. Rozpocznij montaż od konstrukcji z dwiema płaskimi powierzchniami prostopadłymi do siebie.

Umieść dolną płytę na poziomej powierzchni i dociśnij ją. Zlicować z powierzchnią pionową. Włóż przekładki dielektryczne jak najbliżej otworów na.

Po dwie na, po jednej z każdej strony. Sprawdź, czy nie zasłaniają rowka ani nie wystają poza powierzchnię wejściową. Ostrożnie. Umieść górną płytę równo z pionową powierzchnią i przesuń ją w dół, aby usiąść na dolnej płycie i podkładkach dystansowych.

Teraz trzymając obie płytki równo z pionową powierzchnią. Włóż, dokręcaj je stopniowo naprzemiennie. Sprawdź końcowy falowod, aby uzyskać idealnie płaską powierzchnię wejściową i jednolite odstępy między płytami.

Zacznij od skonfigurowania aparatu. Jeśli jeszcze tego nie robi, wprowadź cztery soczewki do ścieżki wiązki rah hertz w orientacji konfokalnej. Aby zapewnić ścisłą ostrość w środku ścieżki, umieść przysłonę 12 milimetrów w punkcie ogniskowym.

Apertura powinna być wystarczająco duża, aby blokować rozchodzenie się całego promieniowania, z wyjątkiem falowodu. Rozmiar apertury określi rozmiar wiązki rozchodzącej się w falowodzie. Użyj bezpiecznego uchwytu, aby zapewnić powtarzalne umieszczenie falowodu.

Następnie umieść falowód bezpośrednio za aperturą, tak aby powierzchnia wejściowa stykała się z aperturą i z osią propagacji falowodu ustawioną jak najbliżej osi optycznej. Wyrównanie jest tutaj krytyczne, odbicia, dyspersja, zmiany w odcięciu, częstotliwościach rezonansowych i inne problemy mogą pojawić się z powodu nieprawidłowego ustawienia falowodu. Teraz umieścić uchwyt strzykawki tak, aby końcówka strzykawki była wyrównana z rowkiem.

Aby uzyskać najlepsze wyniki, należy użyć innej strzykawki dla każdego materiału, aby zapobiec zanieczyszczeniu krzyżowemu. Napełnij strzykawkę płynem, który ma być badany i usuń wszelkie pęcherzyki. Również między biegami.

Postępuj zgodnie z procedurą czyszczenia, która wymaga najpierw demontażu falowodu. Następnie dokładnie umyj obie płytki w odpowiednim rozpuszczalniku, aby usunąć wszelkie pozostałości po eksperymencie. Wysuszyć sprężonym powietrzem, ponownie zmontować falowód, jak pokazano wcześniej.

Zacznij od postaci fali odniesienia falowodu groda. Kształt fali referencyjnej jest potrzebny tylko raz na kilka godzin podczas każdej sesji eksperymentalnej, w zależności od długoterminowej stabilności czasu. Sygnał spektrometru domenowego.

Usuń niezgrupowany falowod. Następnie umieść czysty rowkowany falowód w aparacie. Weź kształt fali dla pustego zgrupowanego falowodu.

Proces demontażu i demontażu może prowadzić do bardzo małych różnic w geometrii falowodu. Zmiany te wpłyną na bezwzględną częstotliwość rezonansową pustych i wypełnionych rowków, ale nie na obserwowane przesunięcie. W związku z tym każdy pełny pomiar wymaga własnego pustego odniesienia.

Aby obliczyć przesunięcie Nie przesuwając falowodu, umieść napełnioną strzykawkę na miejscu w uchwycie. Powoli wypełnij rowek, zachowując gołę. Uważaj, aby wypełnienie było dobre, bez pęcherzyków i przepełnienia.

Weźmy inny przebieg. Jeśli system ma więcej niż jeden rowek, kontynuuj wypełnianie rowków i pobieranie zgodnie z potrzebami. Wyjmij falowód i wyczyść go przed zebraniem następnego zestawu danych.

W tym przykładzie dobrze wykonanego falowodu należy zauważyć, że rowek nie rozciąga się na całą długość ani szerokość falowodu. Po zmontowaniu równoległej płytki, geometria falowodu jest odpowiednia do wdrożenia czujnika indeksu refrakcji dla częstotliwości terahercowych. Do pomiaru współczynnika załamania światła potrzebna jest niewielka objętość cieczy.

Dane te pokazują typowe widma częstotliwości i są uzyskiwane z analizy tetradekanu. Widmo uzyskane z referencyjnego falowodu bez rowka jest pokazane w kolorze czarnym pomiary falowodu rowkowanego bez wypełnienia cieczą jest oznaczone kolorem niebieskim, a falowód rowkowany z próbką tetradekanu jest zaznaczony na czerwono. Widma amplitudy dla pustych i w pełni rowkowanych falowodów są następnie podnoszone do kwadratu i dzielone przez widmo z falowodu odniesienia w celu uzyskania widm transmisji mocy.

Różnica w częstotliwości między cechami rezonansowymi pustego i pełnego falodołu to przesunięcie rezonansowe, które odnosi się do współczynnika załamania. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, aby być tak konsekwentnym, jak to tylko możliwe i uważać, aby zminimalizować zanieczyszczenie krzyżowe w falowodzie. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak uzyskać pomiar współczynnika załamania światła próbki mikroprzepływowej, mierząc częstotliwość rezonansową rowkowanego falowodu z równoległą płytką za pomocą terahercowej spektroskopii w dziedzinie czasu.