Name: Fotoakustyka oparta na polu ulotnym: ocena właściwości optycznych na powierzchniach (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-26T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 21 s
Description: Poznaj metodę fotoakustyczną opartą na polu ulotnym do oceny właściwości optycznych cieczy, ciał stałych i cienkich warstw przezroczystych. Technika ta umożliwia pomiar grubości, współczynników załamania i absorpcji optycznej w jednym urządzeniu.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Ten projekt został sfinansowany przez National Science Foundation BRIGE Award (1221019).

1. Konfiguracja systemu
<ol>
	<li>Użyj żywicy epoksydowej cyjanoakrylowej, aby przykleić cylinder z czerwonej gumy lateksowej o średnicy 9 mm i grubości 1 mm do przedniej powierzchni jednego przetwornika ultradźwiękowego 10 MHz i użyj żywicy epoksydowej cyjanoakrylowej, aby przykleić cylinder z czerwonej gumy lateksowej o średnicy 9 mm i grubości 1 mm do bloku akrylowego o grubości 6 mm, który jest następnie epoksydowany w ten sam sposób do referencyjnego przetwornika ultradźwiękowego, aby działał jako przekładka akustyczna.</li>
	<li>Skonfiguruj pociąg optyczny, w którym ekspander wiązki jest najpierw uderzany przez laser. Następnie umieść ręcznie regulowaną przysłonę jako drugą. Na koniec użyj kostki rozdzielacza wiązki polaryzacyjnej jako trzeciego elementu i umieść przetwornik ultradźwiękowy nie w uchwycie pryzmatu EFPA, a przetwornik w uchwycie pryzmatu EFPA na każdym wyjściu rozdzielacza wiązki niepolaryzacyjnej. 
	Uwaga: Kostka rozdzielacza wiązki polaryzacyjnej służy do zapewnienia czystej, pojedynczej polaryzacji do wzbudzenia, ponieważ ma to kluczowe znaczenie dla prawidłowej funkcjonalności wszystkich technik EFPA.</li>
	<li>Rozszerz wychodzącą wiązkę laserową za pomocą soczewek, aby utworzyć ekspander wiązki co najmniej 3X z lasera ND:YAG z przełączaniem q. 
	Uwaga: Wiązka jest celowo przewymiarowana w porównaniu z absorberem z gumy lateksowej na przetworniku próbki, aby zapewnić prawidłowe działanie czujnika pomimo zaniku światła laserowego z powodu załamania przez pryzmat pod różnymi kątami padania.</li>
	<li>Ustaw pociąg optyczny i uchwyt pryzmatu EFPA tak, aby płaska strona mocowania najbliżej pryzmatu została ustawiona pod kątem 0° za pomocą poziomicy cyfrowej. Zapewnia to prawidłowy punkt wyjścia dla danych o widmie kątowym, które zostaną zebrane podczas eksperymentów.</li>
	<li>Podłącz i włącz urządzenia zewnętrzne, takie jak oscyloskop, sterownik silnika krokowego do komputera, przetworniki ultradźwiękowe i silniki stolikowe XY. Fizycznie podłącz przetwornik spoza mocowania pryzmatu EFPA do kanału 0 i fizycznie podłącz przetwornik w uchwycie pryzmatycznym EFPA do kanału 1 za pomocą BNC o impedancji 50 omów. Oprogramowanie jest wstępnie zaprogramowane do rozpoznawania sygnałów akustycznych z tych konkretnych kanałów.</li>
</ol>
2. Inicjalizacja systemu EFPA i wyrównanie optyczne
<ol>
	<li>Ręcznie wyreguluj regulowaną przysłonę, aby zablokować wiązkę do średnicy 1 mm.</li>
	<li>Uruchom oprogramowanie do programowania (np. LabVIEW), ustaw kąt na 70°, naciskając zielony przycisk "move", aby przesunąć montaż do kąta niezbędnego do wzbudzenia 70° na interfejsie pryzmatu/próbki.</li>
	<li>Używając odpowiednich laserowych okularów ochronnych (OD 7+ przy 532 nm), spójrz w pryzmat od strony prostopadłej do wiązki laserowej i ręcznie przesuwaj stolik w osiach X i Y za pomocą pokręteł, aż plamka lasera o średnicy 1 mm będzie widoczna fluorescencyjnie na gumowym lateksie. Upewnij się, że wiązka jest wyśrodkowana na lateksie.</li>
	<li>Rozszerz ręcznie regulowaną przysłonę do maksymalnego otwarcia i spójrz na działający panel przedni programu, aby upewnić się, że zarówno sygnał fotoakustyczny pomiaru energii lasera z mocowania pryzmatu EFPA (czerwona linia), jak i sygnał fotoakustyczny ze strony pomiaru energii lasera (biała linia) są widoczne i mają w przybliżeniu tę samą amplitudę.</li>
	<li>Zatrzymaj program, naciskając przycisk "STOP". 
	Uwaga: Jeśli przycisk nie zostanie naciśnięty, pryzmat będzie musiał zostać ręcznie zresetowany przed kontynuowaniem testowania. Po zakończeniu protokołu inicjalizacji można przeprowadzić refraktometrię TIRPAS, PAS/TIRPAS lub OTPAS</li>.
</ol>
3. Technika TIRPAS
<ol>
	<li>Umieść pryzmat w plastikowym adapterze do mocowania pryzmatu, jak pokazano na rysunku 3. Następnie umieść 2,5 μl indeksu olejku immersyjnego dopasowanego do rodzaju użytego pryzmatu na środku pryzmatu i ułóż olej warstwowo, umieszczając podłoże na warstwie oleju.</li>
	<li>Umieścić 25 μl próbki na gumie lateksowej połączonej z przetwornikiem w mocowaniu przetwornika EFPA, jak pokazano na rysunku 3, tak aby pokryła całą powierzchnię bez tworzenia się pęcherzyków. Próbka może być dowolnym materiałem pochłaniającym optycznie, takim jak roztwór barwnika, płyn biologiczny lub analit zawieszony w roztworze. Nie jest wymagane przygotowanie próbki. Ściśnij mocowanie pryzmatu i dokręć mocowanie wraz ze montażowymi do ustawionego momentu 16.75 g/mm dla każdej.</li>
	<li>Wybierz zakładkę "Konfiguracja" i wybierz "Konfiguracja" z menu rozwijanego.</li>
	<li>Uruchom program o nazwie OTPAS cienkowarstwowy analyzer_USB-5133.vi (Plik uzupełniający).</li>
	<li>View sygnał akustyczny generowany przez próbkę, jak pokazano na rysunku 4. 
	Uwaga: Kąt padania można zmienić, aby kontrolować głębokość penetracji optycznej pola ulotnego w celu obserwacji cieńszych lub grubszych przekrojów optycznych próbki.</li>
</ol>
4. Refraktometria PAS/TIRPAS
<ol>
	<li>Umieść pryzmat w plastikowym adapterze do mocowania pryzmatu, jak pokazano na rysunku 3. Następnie umieść 2,5 μl indeksu olejku immersyjnego dopasowanego do rodzaju użytego pryzmatu na środku pryzmatu i ułóż olej warstwowo, umieszczając podłoże na warstwie oleju.</li>
	<li>Umieścić 25 μl próbki na gumowym elemencie połączonym z przetwornikiem w mocowaniu przetwornika EFPA, jak pokazano na rysunku 3. Ściśnij mocowanie pryzmatu i dokręć mocowanie wraz ze montażowymi do ustawionego momentu 16.75 g/mm dla każdej.</li>
	<li>Wybierz zakładkę "Widmo kątowe" i wybierz "Widmo kątowe" z menu rozwijanego. Następnie wprowadź odpowiednie parametry do programu, jak pokazano w tabeli 1.</li>
	<li>Uruchom program i poczekaj, aż widmo kątowe zostanie zakończone i program się zakończy.</li>
	<li>Kliknij prawym przyciskiem myszy wykres widma kątowego i wybierz "Eksportuj → Eksportuj dane do programu Excel", aby zapisać dane i otworzyć plik .csv.
	<ol>
		<li>Otwórz te dane w programie do tworzenia wykresów (np. KaleidaGraph) i wykonaj na nich pochodną numeryczną, klikając na "Makra" i wybierając "Pochodna". Wprowadź odpowiednie kolumny, aby pobrać pochodną i naciśnij "OK", a pochodna liczbowa zostanie obliczona.</li>
		<li>Narysuj wykres pochodnej liczbowej w funkcji kąta i wybierz "Dopasowanie krzywej". Wybierz opcję "Wygładź"5,18,98 i zaznacz pole wyboru danych w obszarze "Opcje dopasowania krzywej", aby dopasować do wygładzenia szumu z danych. Wybierz strzałkę w dół w obszarze "Widok" i wybierz opcję "Kopiuj dopasowanie krzywej do okna danych", aby wyodrębnić dane dopasowania krzywej do innej kolumny.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Ręcznie przeszukaj dopasowanie krzywej, aby znaleźć lokalne minimum i odpowiadający mu kąt padania, który wskazuje na przejście z reżimów PAS do TIRPAS. Minimum to odpowiada zmierzonemu kątowi krytycznemu, jak pokazano na rysunku 5. Korzystając z równania npróbka = npryzmatsinθc, oblicz masowy współczynnik załamania nieznanej próbki na długości fali używanej do badania laserowego. Typowe wyniki przedstawiono w tabeli 1.</li>
</ol>
5. OTPAS
<ol>
	<li>Umieść 2,5 μl olejku immersyjnego (indeks dopasowany do rodzaju użytego szkła) na środku pryzmatu.</li>
	<li>Umieść folię lub podłoże do testowania folią do góry (z dala od pryzmatu) i upewnij się, że podczas umieszczania nie tworzą się pęcherzyki. 
	Uwaga: Jeśli tworzą się bąbelki, usuń próbkę folii lub podłoża i ponów próbę aplikacji.</li>
	<li>Umieść 25 μl olejku immersyjnego na gumie lateksowej tak, aby olejek immersyjny pokrył całą powierzchnię bez tworzenia się pęcherzyków.</li>
	<li>Ściskać warstwy podłoża/folii, jak pokazano na rysunku 3. Dokręć mocujące momentem 16.75 g/mm, który musi być identyczny dla każdej. 
	Uwaga: Klucz dynamometryczny w protokole jest w uncjach, dlatego 16.75 g / mm ~ 15 uncji.</li>
	<li>Wybierz zakładkę "Widmo kątowe" i wybierz "Widmo kątowe" z menu rozwijanego. Następnie wprowadź odpowiednie parametry do programu, jak pokazano w tabeli 3.</li>
	<li>Uruchom program i poczekaj, aż widmo kątowe zostanie zakończone i program się zakończy.</li>
	<li>Uruchom ponownie test, wykonując kroki 5.1-5.6 przy użyciu podłoża lub folii (w zależności od tego, co nie zostało wykonane wcześniej), jak pokazano na rysunku 6.</li>
	<li>Wybierz "Dopasowanie krzywej" w polu rozwijanym i wybierz zakładkę "Dopasowanie krzywej". Następnie wprowadź odpowiednie parametry, jak pokazano w tabeli 5. Wybierz skan filmu w sekcji "Próbka". Wybierz skanowanie podłoża w sekcji "Podłoże".</li>
	<li>Wprowadź współczynnik załamania światła, polaryzację i inne opcje dla skanów uruchomionych wcześniej w krokach 5.1-5.6, jak pokazano w Tabeli 4.</li>
	<li>Uruchom program, wybierając "Dopasowanie krzywej" w polu rozwijanym i wybierając zakładkę "Dopasowanie krzywej". Obserwuj współczynnik załamania światła i grubość w sekcjach "Film RI" i "Grubość folii" pokazanych w prawym górnym rogu graficznego interfejsu użytkownika programu. Typowe dane przedstawiono na rysunku 7.</li>
	<li>Użyj opcji "Dopasowanie wsadowe", aby zmieścić wiele skanów jednocześnie, wprowadzając liczbę skanów do dopasowania wsadowego i wybierając plik .csv, do którego mają zostać wysłane dane, a następnie powtórz krok 5.10. 
	Uwaga: Po uruchomieniu program dopasuje każdy zestaw danych i wyśle wszystkie wartości indeksu załamania światła, grubości i wartości resztkowych do .csv. Aby to zadziałało, skany muszą znajdować się na liście numerycznej, takiej jak scan_001.csv, 002.csv skanowania itp.</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Wykorzystanie urządzeń do charakteryzowania materiałów w nanoskali będzie niewątpliwie kontynuowane w dalekiej przyszłości w celu produkcji nowych materiałów i kombinacji materiałów w celu rozwiązywania trudnych i kosztownych problemów społecznych. Wiele metod, takich jak elipsometria, mikroskopia sił atomowych (AFM) i tradycyjna fotoakustyka, jest obecnie wykorzystywanych do oceny właściwości materiałów w nanoskali, pomimo ich nieodłącznych ograniczeń wynikających z niewielu alternatyw. EFPA jest obiecująca jako skonsolidowany zestaw technik, które mogą przekroczyć typowe ograniczenia efektu fotoakustycznego, aby zapewnić pojedynczy instrument do charakteryzowania materiałów w nanoskali.
Opisany w nim protokół i związane z nim podtechniki mają zdolność szacowania zarówno objętościowych, jak i cienkowarstwowych współczynników załamania światła materiału, grubości warstwy i mają możliwości wykrywania dla różnych zastosowań biosensorycznych. OTPAS ma szczególną zaletę, ponieważ może oszacować grubość i współczynnik załamania światła folii w skali nanometrowej, mimo że same folie nie zawierają z natury absorbującej pigmentacji. EFPA jako skonsolidowany zestaw technik ma kilka zalet w porównaniu z technikami takimi jak elipsometria, mikroskopia sił atomowych i tradycyjny efekt fotoakustyczny. Pierwszą zaletą jest to, że EFPA jest stosunkowo niedroga w konfiguracji. Typowa konfiguracja EFPA może oszacować współczynnik załamania światła zarówno na podstawie masy, jak i powierzchni, może oszacować grubość i może sondować materiały absorbujące, a jej konfiguracja będzie kosztować około 5,000 USD. Natomiast konfiguracje AFM kosztują około 50 000 USD i nie mogą oszacować właściwości optycznych. Po drugie, EFPA może oszacować te właściwości w ciągu kilku minut bez skomplikowanej interakcji, takiej jak w elipsometrii, gdzie błąd parametru wejściowego może powodować różnice w wynikach. Wreszcie, EFPA, w porównaniu z tradycyjnym efektem fotoakustycznym, ma rozdzielczość osiową 100 razy mniejszą, ponieważ może oszacować grubość filmów o długości 200 nm6 , podczas gdy tradycyjny efekt fotoakustyczny jest ograniczony do 7500 nanometrów przy użyciu podobnych laserów i konfiguracji82. Dogodnie, prawie każdy materiał ma niezależne i różne właściwości powierzchniowego i objętościowego indeksu załamania światła, a także właściwości absorpcyjne, które łącznie powodują różnice funkcjonalne w ich zastosowaniu w optycznych systemach badawczych.
Krytyczne kroki w ramach protokołu sprowadzają się do trzech podstawowych kwestii. Po pierwsze, optyczne sprzężenie próbki, niezależnie od tego, czy jest to ciecz, czy folia, ma kluczowe znaczenie dla uzyskania wiarygodnych i powtarzalnych wyników. Pęcherzyki powietrza w olejku immersyjnym lub próbce doprowadzą do niedokładnej charakterystyki grubości, współczynnika załamania światła, a w niektórych przypadkach do całkowitego braku wrażliwości przetwornika na wzbudzoną próbkę z powodu niezdolności ultradźwięków do odpowiedniego przejścia przez granicę ciecz/powietrze z powodu bardzo różnych wartości impedancji akustycznej. Po drugie, w odniesieniu do OTPAS, próbka, która jest jednorodnie gruba w obszarze naświetlanym wiązką laserową w celu zapewnienia stałych wartości grubości podczas skanowania, ponieważ jak dotąd EFPA nie może określić różnic grubości w obszarze wzbudzenia. Wreszcie, ponownie w odniesieniu do OTPAS, folia na próbkę musi być przezroczysta w stosunku do używanej długości fali. Jest to podstawowe założenie przyjęte w równaniach matematycznych, które opisują, w jaki sposób OTPAS znajduje wartości grubości i współczynnika załamania światła. Jeśli absorpcja jest na tyle duża, że więcej niż 1% padającego światła jest pochłaniane przez folię, charakterystyka nie będzie odpowiadać rzeczywistym wartościom grubości i współczynnika załamania światła folii.
Modyfikacje techniki EFPA mogą być dokonywane ze względną łatwością, a inne rodzaje komponentów mogą być zastępowane w celu uzyskania bardziej efektywnych skanów lub funkcjonalności. Jedyne poważne kwestie, które należy rozwiązać podczas tworzenia systemu EFPA, są następujące. Po pierwsze, ważne jest, aby mieć metodę automatycznego obracania mocowania pryzmatu i odbierania sygnałów akustycznych w małych (0,05 stopnia) krokach. Po drugie, posiadanie nanosekundowej szerokości impulsu lub krótszego systemu laserowego do wzbudzania próbek za pomocą efektu fotoakustycznego. Po trzecie, posiadanie graficznego interfejsu użytkownika lub programu do pozyskiwania danych do matematycznego dopasowania krzywych i pochodnych numerycznych do szacowania grubości i indeksu załamania światła objętości / cienkiej warstwy.
Istnieją trzy podstawowe ograniczenia EFPA. Po pierwsze, aby znaleźć objętościowy współczynnik załamania światła, cienkowarstwowy współczynnik załamania światła, grubość lub wykryć materiały za pomocą TIRPAS, próbka musi mieć współczynnik załamania światła mniejszy niż pryzmat lub podłoże, z którym się styka, aby mogło wystąpić całkowite wewnętrzne odbicie, które jest podstawą wszystkich trzech tych technik. Drugim ograniczeniem jest to, że EFPA wymaga obecnie kontaktu fizycznego w celu oszacowania grubości, współczynnika załamania światła i wykrycia właściwości. Ostatnim ograniczeniem jest to, że OTPAS, technika podtechniczna EFPA, wymaga obecnie optycznie przezroczystych materiałów do oszacowania grubości i współczynnika załamania cienkiej warstwy będącej przedmiotem zainteresowania.
Ten typ skonsolidowanego instrumentu może znaleźć wiele zastosowań w środowiskach charakteryzacji, w tym w rdzeniach badawczych i środowiskach przemysłowych. Przyszłe prace nad technikami EFPA koncentrują się na poprawie dokładności indeksu refrakcji poprzez ulepszenia oprzyrządowania i etapów translacyjnych/rotacyjnych. Dodatkowe postępy będą koncentrować się na poprawie stosunku sygnału do szumu w celu wykrywania mniejszych ilości materiałów absorbujących, tak aby scharakteryzować materiały słabo absorbujące, które najczęściej występują w systemach biologicznych.

Postępy w rozumieniu materiałów optycznych1,3,4,6,7,10,13-16 dostarczyły nowych informacji na temat tworzenia materiałów cienkowarstwowych dla szeregu urządzeń optycznych, w tym powłok antyrefleksyjnych na soczewkach, filtrów optycznych o wysokim współczynniku tłumienia oraz silnie absorbujących falowodów płytowych17. Postępy te nie byłyby możliwe bez zastosowania wielu technik charakteryzacji, takich jak elipsometria4,6,18, pomiar kąta zwilżania, mikroskopia sił atomowych7,1,19 oraz skaningowa/transmisyjna mikroskopia elektronowa, które wspomagają iteracyjne ulepszanie tych technologii, dostarczając bezpośrednich pomiarów lub pośrednich szacunków fundamentalnych właściwości materiałów optycznych. Właściwości te, takie jak współczynnik załamania światła, określają sposób, w jaki materiały oddziałują z padającymi fotonami, co bezpośrednio wpływa na ich funkcję i zastosowanie w aplikacjach optycznych. Jednak każda z tych technik posiada ograniczenia związane z rozdzielczością, przygotowaniem próbek, kosztem i złożonością, a każda z nich generuje jedynie podzbiór danych potrzebnych do pełnej charakteryzacji materiału. Niemniej jednak nowy zestaw technik, znany jako fotoakustyka oparta na polu ewanescencyjnym (EFPA)5,6,15,18,20-49, przedstawiony na Rysunku 1, ma potencjał do szacowania właściwości materiałów w nanoskali w ramach skonsolidowanego zestawu eksperymentów. EFPA obejmuje techniki pomocnicze takie jak spektroskopia fotoakustyczna całkowitego wewnętrznego odbicia (TIRPAS)23,25,26,3-35,43-45, refraktometria spektroskopowa fotoakustyczna/spektroskopia fotoakustyczna całkowitego wewnętrznego odbicia (refraktometria PAS/TIRPAS)18 oraz spektroskopia fotoakustyczna tunelowania optycznego (OTPAS)6, i była wykorzystywana do szacowania współczynnika załamania światła w materiale objętościowym i cienkich warstwach, grubości warstw, a także do wykrywania materiałów absorbujących na granicy pryzmat/próbka lub podłoże/próbka.
Aby zrozumieć mechanizm EFPA, należy najpierw zapoznać się z koncepcją spektroskopii fotoakustycznej (PAS), która polega na generowaniu ultradźwiękowych fal ciśnienia poprzez szybką termoelastyczną ekspansję chromoforu po absorpcji ultrakrótkiego (&lt; µsec) impulsu światła (Rysunek 1). Teoretyczne i matematyczne podstawy efektu fotoakustycznego omówione w niniejszej pracy można znaleźć tutaj50-59. Powstałą zmianę ciśnienia można wykryć za pomocą mikrofonu ultradźwiękowego lub przetwornika. Efekt fotoakustyczny, odkryty pierwotnie w 180 roku wraz z wynalezieniem fotofonu Aleksandra Grahama Bella, został „ponownie odkryty” na początku lat 70. XX wieku dzięki postępom w technologii laserów i mikrofonów, a ostatecznie wprowadzony do praktycznego zastosowania w niszowych obszarach – od obrazowania biomedycznego, przez analizę cienkich warstw, aż po nieniszczące badania materiałów.1,53-57,59-82 Efekt ten można opisać matematycznie za pomocą jednowymiarowych równań falowych, w których fala jest prostym źródłem akustycznym, którego ciśnienie (p) zmienia się w zależności od położenia (x) i czasu (t):
<img alt="Diagram równania falowego ∂²p/∂x² - (1/c²)∂²p/∂t²=0; koncepcja równowagi statycznej." src="/files/ftp_upload/54192/54192equation1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie 1">
z rozwiązaniami dla prostych źródeł akustycznych postaci64
<img alt="Równanie propagacji fali p(x,t)=½ΓμₐH₀e⁻μₐ(x-ct)+½ΓμₐH₀e⁻μₐ(x+ct), równanie 2." src="/files/ftp_upload/54192/54192equation2.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie 2">
gdzie p to ciśnienie, Γ=αvs2/Cp , gdzie α to współczynnik rozszerzalności cieplnej objętościowej, vs to prędkość dźwięku w ośrodku, a Cp to ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu, H0 to ekspozycja promieniowania wiązki laserowej, c to prędkość dźwięku w ośrodku wzbudzonym, x to długość, a t to czas. Amplituda powstałej fali akustycznej zależy bezpośrednio od współczynnika absorpcji optycznej materiału, µa, który jest odwrotnością głębokości penetracji optycznej, δ, będącej z kolei miarą odległości, jaką pokonuje światło, zanim jego początkowa intensywność optyczna spadnie do 1/e. Chociaż równanie (1) jest ogólnym równaniem dla jednowymiarowego źródła fali płaskiej, typowe absorbery będą emitować sferyczną falę akustyczną w trzech wymiarach. Poza opisem matematycznym, zastosowania efektu fotoakustycznego54 obejmują wiele modalności obrazowania, takich jak mikroskopia, tomografia, a nawet obrazowanie molekularne, ponieważ efekt fotoakustyczny wykazuje wysoką czułość dzięki dużemu pochłanianiu optycznemu przez naturalnie występujący chromofor – hemoglobinę. Inne zastosowania efektu fotoakustycznego obejmują nawet szacowanie różnych właściwości cienkich warstw15,16,20,21,24,26-32,36-39,41,42,56,83,84. Jednak PAS wykazuje pewne ograniczenia: (1) jego znaczna głębokość penetracji optycznej eliminuje możliwość badania bliskich właściwości optycznych powierzchni (2) wydajność przechwytywania emitowanej energii akustycznej jest niska ze względu na sferyczne rozchodzenie się większości energii z dala od detektora (3) próbki muszą zawierać chromofory w rozważanym zakresie długości fal.
W połączeniu z technikami opartymi na polu ewanescencyjnym wiele z tych ograniczeń można jednak zniwelować. Pole ewanescencyjne powstaje, gdy wiązka światła ulega całkowitemu wewnętrznemu odbiciu (TIR), zgodnie z prawem Snella; efekt ten pozwala również światłowodowym falowodom prowadzić światło na duże odległości (km) w zastosowaniach obliczeniowych i telekomunikacyjnych. W praktyce pole ewanescencyjne jest wykorzystywane w różnych technologiach obrazowania i charakterystyki, w tym w spektroskopii tłumionego całkowitego odbicia (ATR). Obrazowanie charakteryzuje się wysokim kontrastem dzięki ograniczeniu światła do pierwszych kilkuset nanometrów wewnątrz badanej próbki. Pole ewanescencyjne przyjmuje formę pola zanikającego wykładniczo, które rozciąga się do zewnętrznego ośrodka na głębokość penetracji optycznej, wynoszącą zazwyczaj rzędu stosowanej długości fali (zazwyczaj ~50 nm lub mniej), co przedstawiono w równaniach 3 i 4.
<img alt="Równanie absorpcji optycznej I=I₀e⁻²/δp, ilustrujące zanik natężenia światła." src="/files/ftp_upload/54192/54192equation3.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie 3">
gdzie I jest natężeniem światła w % w punkcie z oddalonym od granicy między pryzmatem a próbką, I0 jest początkowym natężeniem światła w % na granicy faz, z to odległość w nanometrach, a δp to optyczna głębokość wnikania, zgodnie z równaniem 4. Przy tak niewielkiej optycznej głębokości wnikania pole ewanescentne może oddziaływać z otoczeniem w bezpośrednim sąsiedztwie granicy dwóch materiałów, znacznie poniżej optycznych i akustycznych granic dyfrakcji. Właściwości optyczne materiałów lub cząsteczek w tym zakresie mogą zaburzać pole lub w inny sposób zmieniać jego generowanie, co może być wykrywane za pomocą różnych metod3,5,6,10,15,17,18,21,23,25-27,29-47,84-95.
Kiedy techniki ewanescencyjne są łączone z PAS, generowane przebiegi fotoakustyczne mogą być wykorzystane do charakteryzacji materiałów lub cząstek oddziałujących z polem ewanescencyjnym, co tworzy rodzinę technik fotoakustyki opartej na polu ewanescencyjnym (EFPA), jak pokazano w Rysunek 1Rodzina ta obejmuje, między innymi, spektroskopię fotoakustyczną z całkowitym wewnętrznym odbiciem (TIRPAS), spektroskopię fotoakustyczną z tunelowaniem optycznym (OTPAS) oraz spektroskopię fotoakustyczną z wykorzystaniem rezonansu plazmonów powierzchniowych (SPRPAS). Zainteresowany czytelnik powinien zapoznać się z następującymi źródłami w celu prześledzenia wyprowadzeń równań stosowanych w metodzie TIRPAS5,6,18,23,25,26,33-35,43-47, refraktometria PAS/TIRPAS18, oraz OTPAS6W każdym z tych przypadków efekt fotoakustyczny jest generowany poprzez inny mechanizm wzbudzenia niż zwykła transmisja przez pryzmat; na przykład w TIRPAS światło jest sprzęgane ewanescencyjnie przez interfejs pryzmat/podłoże/próbka do chromoforów (które mogą obejmować sam materiał próbki lub cząsteczki gościnne w próbce), natomiast w SPRPAS głównym trybem wzbudzenia jest absorpcja plazmonu powierzchniowego, który jest wtórną falą elektromagnetyczną powstającą, gdy energia pola ewanescencyjnego zostaje przeniesiona do chmury elektronowej warstwy metalu osadzonej na powierzchni pryzmatu. Ta rodzina technik została pierwotnie opracowana na początku lat 80. przez Hinoue. i wsp.i udoskonalonej przez T. Inagakiego i wsp. wraz z wynalezieniem SPRPAS, jednak rozwój tej metody był ograniczony ze względu na bariery techniczne związane ze źródłami światła i dostępną aparaturą detekcyjną. W ostatnim czasie wcześniejsze badania wykazały, że zwiększenie czułości i użyteczności jest możliwe dzięki zastosowaniu nowoczesnych detektorów ultradźwiękowych z polifluorku winylidenu (PVDF) oraz laserów Nd:YAG (neodymowo-itrowego granatu aluminium) z przełącznikiem dobroci Q. W szczególności nanosekundowe lasery impulsowe Nd:YAG pozwalają na uzyskanie 106 wielokrotny wzrost mocy szczytowej, dzięki czemu techniki EFPA stają się użytecznymi narzędziami do oceny właściwości optycznych różnych materiałów i interfejsów5,6,15,18,21-29,31-47,84,96Dodatkowo wcześniejsze prace wykazały zdolność takich technik do określania informacji strukturalnych o materiałach na granicy faz, co wcześniej było nieosiągalne przy użyciu tradycyjnych technologii spektroskopii fotoakustycznej (PAS) ze względu na ich stosunkowo dużą głębokość penetracji.53,55,57,59,61,62,69,73,75,80,81.
Zdolność ta jest przedstawiona w poniższych protokołach dotyczących techniki OTPAS; jednak na bardziej fundamentalnym poziomie każda z trzech technik opiera się na innym równaniu definicyjnym, które determinuje możliwości danej technologii. Na przykład w TIRPAS to głębokość penetracji optycznej pola ewanescentnego, δ'p, w głównej mierze warunkuje natężenie wynikłego sygnału akustycznego w próbce absorbującej i jest opisana wzorem:
<img alt="Równanie interferencji cieńkich warstw; δp=λ₁/(2π(sin²θ-n²)¹/₂); wzór na grubość optyczną." src="/files/ftp_upload/54192/54192equation4.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie 4">
gdzie λ1 to długość fali światła przechodzącego przez ośrodek pryzmatu, zdefiniowana zależnością λ1 = λ/n1, w której n1 jest współczynnikiem załamania materiału pryzmatu. Dodatkowo, θ oznacza kąt wzbudzenia, a n21 oznacza stosunek współczynników załamania obu ośrodków i jest zdefiniowany jako n21 = n2/n1, gdzie n2 jest współczynnikiem załamania materiału próbki. Im większa głębokość penetracji optycznej, tym większa objętość materiału jest naświetlana. W przypadku efektu fotoakustycznego większa głębokość penetracji optycznej oznacza wzbudzenie większej ilości materiału, który może generować fale akustyczne, co prowadzi do uzyskania silniejszego sygnału akustycznego.
W przeciwieństwie do TIRPAS, w refraktometrii PAS/TIRPAS równaniem podstawowym jest prawo Snella:
<img alt="Prawo Snella, \( n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2 \), schemat równania refrakcji." src="/files/ftp_upload/54192/54192equation5.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie 5">
gdzie n1 jest współczynnikiem załamania światła pryzmatu, θ1 jest kątem padania na granicy faz pryzmat/próbka, n2 jest współczynnikiem załamania światła próbki, a θ2 jest kątem światła załamanego przechodzącego przez drugie ośrodki. Czułość szacowania współczynnika załamania materiału zależy przede wszystkim od dokładności pomiaru θ1. W całkowitym wewnętrznym odbiciu, do którego dochodzi, gdy θ1 przekracza kąt krytyczny, co generuje pole ewanescentne, sin θ2 = 1, zatem równanie 5 sprowadza się do n2 = n1sinθ1. (Uwaga: θ1= θkrytyczny) Znajomość kąta, przy którym pochodna numeryczna sygnału fotoakustycznego (dP/dθ, gdzie P to napięcie szczyt-szczyt sygnału fotoakustycznego, a θ to kąt padania światła na próbkę) osiąga minimum lokalne, pozwala na oszacowanie θ1 który pozwala użytkownikowi wyznaczyć n2 i w ten sposób oszacować objętościowy współczynnik załamania światła próbki, jak pokazano w Rysunek 1.
Wreszcie, w systemie OTPAS następujące równanie wiąże transmitancję optyczną wyrażoną w % z napięciem szczyt-szczyt sygnału fotoakustycznego:
<img alt="Równanie matematyczne T=p/(p0β) do analizy procesów termodynamicznych." src="/files/ftp_upload/54192/54192equation6.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie 6">
gdzie T oznacza procentową transmitancję optyczną, p to napięcie szczyt-szczyt generowane przez widmo kątowe podłoża z naniesionym filmem, p0 to napięcie szczyt-szczyt generowane przez widmo kątowe samego podłoża, β to stała sprzężenia oparta na współczynniku załamania światła pryzmatu i oleju imersyjnego, α to współczynnik tłumienia, będący czynnikiem obejmującym grubość i współczynnik załamania światła filmu próbki w obrębie pola ewanescentnego. Czułość tej techniki na grubość i współczynnik załamania światła zależy od dokładności szacowania intensywności akustycznych sygnałów szczyt-szczyt, p oraz p0 , dla każdego kąta padania w widmie kątowym. Wykazano, że β można obliczyć bezpośrednio na podstawie współczynników załamania światła pryzmatu i oleju imersyjnego; w konsekwencji obliczenie transmitancji optycznej dla każdego kąta padania, a następnie wyznaczenie szacunkowych wartości współczynnika załamania światła i grubości filmu za pomocą statystycznej analizy dopasowania krzywej, jest zadaniem prostym. Zainteresowany czytelnik może odnaleźć więcej informacji w pracy Goldschmidta et al.5,6
System EFPA to system oparty na zjawisku fotoakustycznym, który umożliwia szacowanie grubości, współczynnika załamania cienkiej warstwy, współczynnika załamania materiału objętościowego oraz generowanie sygnałów akustycznych poprzez absorpcję optyczną w celu detekcji. System składa się z lasera oraz układu optycznego, który prowadzi światło do pryzmatu/próbki oraz do sekcji pomiaru energii lasera. Sekcja pomiaru energii lasera służy do normalizacji sygnału fotoakustycznego względem padającej energii laserowej, jak pokazano na Rysunku 2. System EFPA jest sterowany przez sterownik silnika krokowego w celu obrotu pryzmatu/próbki dla widm kątowych w refraktometrii PAS/TIRPAS oraz OTPAS. System pozyskuje dane za pomocą cyfrowej karty akwizycji i zapewnia interfejs użytkownika oraz zautomatyzowane sterowanie stolikiem za pomocą autorskiego programu.

<table><tbody><tr><td>Soczewka wypukła plano 100 mm</td><td>Thorlabs</td><td>LA1509</td><td>Wypukła soczewka Plano do ekspandera wiązki-30</td></tr> <tr><td>mm soczewka wklęsła plano</td><td>Thorlabs</td><td>LC2679</td><td>Soczewka wklęsła Plano do ekspandera wiązki</td></tr><tr><td>10 MHz Przetworniki ultradźwiękowe</td><td>Harisonic</td><td>I31006T</td><td>Czujniki ultradźwiękowe stosowane do detekcji fotoakustycznej, zarówno do pomiaru energii lasera, jak i do montażu OTPAS</td></tr><tr><td>Olejek immersyjny Typ A</td><td>Cargille</td><td>16482</td><td>Indeks 1,519 pasujący do podłoży NBK-7</td></tr><tr><td>Arkusz kauczuku lateksowego naturalnego (czerwony)</td> <td>McMastercarr</td><td>86085K11</td><td>Indeks ~ 1,519 pasujący do indeksu cieczy zanurzeniowej typu A działającej jako absorber optyczny do pomiaru tunelowania optycznego i energii lasera</td></tr><tr><td>Gogle laserowe</td><td>VERE</td><td>53</td><td>Służy do ochrony oczu przed światłem laserowym</td></tr><tr><td>Niepolaryzacyjny rozdzielacz wiązki montowany w klatce kostka</td><td>Thorlabs</td><td>CM1-BS013</td><td>Podziel światło laserowe, dzięki czemu można zmierzyć jedną połowę, a drugą połowę można wykorzystać do wzbudzenia</td></tr><tr><td>Kostka rozdzielacza wiązki polaryzacyjnej montowana w klatce</td><td>Thorlabs</td><td>CM1-PBS251</td><td>Upewnij się, że światło jest spolaryzowane przed użyciem do eksperymentów tunelowania optycznego</td></tr><tr><td>Przysłona tęczówki aktywowana pierścieniem z podziałką</td><td>Thorlabs</td><td>SM1D12C</td><td>Przytnij wiązkę do mniejszego rozmiaru w celu wyrównania</td></tr><tr><td>Karta</td> <td>akwizycji danychNational Instruments</td><td>USB-5133</td><td>Oscyloskop USB do pozyskiwania danych</td></tr><tr><td>Sterownik silnika krokowego</td><td>National Instruments</td><td>MID-7604</td><td>Sterownik silnika krokowego do napędzania silników krokowych dla widm kątowych</td></tr><tr><td>Stopień Sherline XY (14")</td><td>Sherline</td><td>5600-CNC/5610-CNC</td> Uchwyt samocentrujący <td>Sherline XY stage</td></tr><tr><td>4-szczękowy Sherline</td><td></td><td>1076/1034</td><td>Przystawka obrotowa Sherline</td></tr><tr><td>Przystawka kątowa</td><td>Sherline</td><td>3701</td><td>Przystawka kątowa do mocowania obrotowego</td></tr><tr><td>Stół obrotowy CNC</td><td>Sherline</td><td>8730</td><td>Stół obrotowy do przytrzymywania pryzmatu/próbki OTPAS</td></tr><tr><td>System laserowy Surelite I-20</td><td>Laser Continuum</td><td>I-20</td><td>Nd:YAG z przełączaniem Q do ekscytujących próbek</td></tr><tr><td>Pryzmat NBK-7</td><td>Thorlabs</td><td>PS911</td><td>Pryzmat kątowy do EFPA</td></tr><tr><td>Regulowany klucz dynamometryczny</td><td>Tohnichi</td><td>RTD40Z</td><td>Regulowany klucz dynamometryczny do równomiernego dokręcenia mocowania EFPA dla każdej techniki do 16,75 g/mm</td></tr><tr><td>Poziomica cyfrowa</td><td>Micromark</td><td>84519</td><td>Poziomica cyfrowa, aby zapewnić, że uchwyt pryzmatu EFPA zaczyna się od 0 stopni.</td></tr></tbody></table>

fotoakustyka oparta na polu ulotnym: ocena właściwości optycznych na powierzchniach

Evanescent Field Based Photoacoustics: Optical Property Evaluation at Surfaces

Tutaj prezentujemy protokół do szacowania właściwości optycznych materiału i powierzchni za pomocą efektu fotoakustycznego połączonego z całkowitym wewnętrznym odbiciem. Ocena właściwości optycznych cienkich warstw i powierzchni materiałów sypkich jest ważnym krokiem w zrozumieniu nowych systemów materiałów optycznych i ich zastosowań. Przedstawiona metoda pozwala na oszacowanie grubości, współczynnika załamania światła oraz wykorzystanie właściwości absorpcyjnych materiałów do detekcji. Ten system metrologiczny wykorzystuje fotoakustykę opartą na polu ulotnym (EFPA), dziedzinę badań opartą na interakcji pola ulotnego z efektem fotoakustycznym. Ta interakcja i wynikająca z niej rodzina technik pozwalają technice na badanie właściwości optycznych w promieniu kilkuset nanometrów od powierzchni próbki. To optyczne pole bliskie pozwala na bardzo dokładne oszacowanie właściwości materiału w tej samej skali, co samo pole, takich jak współczynnik załamania światła i grubość warstwy. Dzięki zastosowaniu EFPA i jego technik podrzędnych, takich jak spektroskopia fotoakustyczna z całkowitym wewnętrznym odbiciem (TIRPAS) i spektroskopia fotoakustyczna z tunelowaniem optycznym (OTPAS), możliwa jest ocena materiału w nanoskali w skonsolidowanym instrumencie bez konieczności stosowania wielu instrumentów i eksperymentów, które mogą być zbyt kosztowne.

Przedstawiono wyniki dla technik TIRPAS, refraktometrii PAS/TIRPAS oraz OTPAS, które są podtechnikami platformy EFPA. Rycina 4 przedstawia reprezentatywną falę akustyczną TIRPAS wygenerowaną z próbki absorbującej. Charakterystyczna dla techniki TIRPAS dwubiegunowa natura fali akustycznej wskazuje, że zachodzi zjawisko TIRPAS. Dwubiegunowy przebieg fali pojawia się wskutek odbicia akustycznego na granicy między próbką a podłożem szklanym, spowodowanego dużą różnicą impedancji akustycznych. Dla refraktometrii PAS/TIRPAS uzyskano rycinę 5 oraz tabelę 1. Rycina 5 przedstawia widmo kątowe oraz pochodną numeryczną uzyskane dla próbki poddawanej badaniu w celu oszacowania współczynnika załamania objętościowego. Tabela 1 przedstawia wyniki oszacowania współczynnika załamania objętościowego mieszaniny wody/PEG/czerwonego barwnika Direct Red za pomocą refraktometrii PAS/TIRPAS w porównaniu z oszacowaniem uzyskanym przy użyciu standardowego przenośnego refraktometru. Ostatecznie, wyniki OTPAS przedstawiono na rycinie 7 i w tabeli 2. Rycina 7 przedstawia dwa wykresy skanów kątowych wykonanych podczas pomiarów OTPAS. Tabela 2 przedstawia porównanie wyników OTPAS i elipsometrii spektroskopowej dla tych samych próbek cienkich warstw.
<img alt="Diagram pola wygaszanego w fotoakustyce, układ TIRPAS, ultradźwięki, analiza optyczna." src="/files/ftp_upload/54192/54192fig1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Figure 1"> 
Rycina 1. Podtechnologie EFPA. EFPA składa się obecnie z trzech odrębnych podtechnologii: TIRPAS, refraktometrii PAS/TIRPAS oraz OTPAS. Każda z tych technik pozwala na analizę materiałów w celu wyznaczenia różnych właściwości. TIRPAS wykrywa materiały na podstawie ich absorpcji optycznej w celach biosensorycznych, refraktometria PAS/TIRPAS ocenia współczynnik załamania światła w objętości próbki, natomiast OTPAS określa współczynnik załamania światła i grubość cienkiej warstwy. W technice TIRPAS światło padające pod kątem większym niż kąt krytyczny θc tworzy pole wygaszane, które może wygenerować falę akustyczną po oddziaływaniu z optycznym pochłaniaczem. W refraktometrii PAS/TIRPAS uzyskuje się sygnały akustyczne zarówno z wzbudzenia fotoakustycznego pola wygaszanego, jak i z tradycyjnego wzbudzenia fotoakustycznego. Poprzez naniesienie tych dwóch trybów na wykres widma kątowego można zaobserwować kąt przejściowy, który następnie wykorzystuje się do wyznaczenia współczynnika załamania światła. Wreszcie, w technice OTPAS uzyskuje się widmo sygnałów akustycznych przy napromieniowaniu laserowym pod kątem większym niż kąt krytyczny θc dla cienkiej warstwy na podłożu oraz dla samego podłoża. Stosując algorytm nieliniowego dopasowania krzywej do danych, można wyznaczyć grubość i współczynnik załamania światła cienkiej warstwy. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Układ i schemat fotoakustyki pola wygaszanego; laser, rozdzielacz wiązki, proces pozyskiwania danych." src="/files/ftp_upload/54192/54192fig2.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2. Schemat/zdjęcie EFPA. Lewa strona: Aby skonfigurować EFPA, wiązkę laserową należy poszerzyć tak, aby przekraczała obszar czujnika pokryty gumą lateksową. Początkowo wiązka powinna być ustawiona pod kątem 45 stopni do pryzmatu, jak pokazano. Prawa strona: Zdjęcie układu pokazującego tor optyczny. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Schemat przetwornika ultradźwiękowego z pryzmatem i uchwytami EFPA do eksperymentów optycznych z wykorzystaniem oleju zanurzeniowego." src="/files/ftp_upload/54192/54192fig3.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Figure 3"> 
Ryc. 3. Wprowadzanie próbki. Próbki są umieszczane tak, aby pryzmat zapewniał kontakt optyczny poprzez olej zanurzeniowy z podłożem. W refraktometrii TIRPAS lub PAS/TIRPAS bezpośredni kontakt ciekłej próbki z podłożem umożliwia jej badanie. W metodzie OTPAS sprzężenie optyczne poprzez dodatkowy warstwę oleju zanurzeniowego pomiędzy podłożem a czerwonym kauczukiem lateksowym umożliwia wystąpienie tunelowania optycznego. Następnie uchwyt jest dociskany za pomocą klucza dynamometrycznego i śrub montażowych. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykres sygnału TIRPAS; szczytowe napięcie w funkcji czasu; wynik spektroskopii absorpcji przejściowej." src="/files/ftp_upload/54192/54192fig4.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Figure 4"> 
Rycina 4. Typowe dane TIRPAS. Formy fali TIRPAS charakteryzują się zazwyczaj dwubiegunowym sygnałem akustycznym, który jest charakterystyczny dla metody TIRPAS. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykresy eksperymentu z barwnikiem Direct red 81; napięcie szczytowe w funkcji kąta i analiza wygładzania pochodnej." src="/files/ftp_upload/54192/54192fig5.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Figure 5"> 
Ryc. 5. Typowe dane PAS/TIRPAS. Lewo: Dane widma kątowego uzyskane poprzez napromienianie próbki pod różnymi kątami padania. Prawo: Pochodna numeryczna danych z lewej strony, ujawniająca lokalne minimum, wskazujące przejście od reżimu PAS do reżimu TIRPAS, co z kolei odpowiada położeniu kąta krytycznego. Za ponownym drukiem z pozwoleniem.18 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig5large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Schemat blokowy analizy optycznej: ustawienie pryzmatu, wybór parametrów, akwizycja napięcia, dopasowanie krzywej, wynik." src="/files/ftp_upload/54192/54192fig6.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 6"> 
Rycina 6. Schemat blokowy programu. Program uruchamiany jest w kilku krokach iteracyjnych. Uchwyt pryzmatu ustawia się na zero stopni, a następnie wybiera się parametry przed uruchomieniem programu. Następnie uruchamia się program w celu pozyskania widma kątowego zarówno podłoża, jak i warstwy cienkiej. Na końcu dopasowuje się krzywą do danych, aby oszacować współczynnik załamania i grubość warstwy. Za ponownym drukowaniem z pozwoleniem.6 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig6large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykres spektrum kątowego OTPAS przedstawiający energię laserową a procent tunelowania optycznego na podłożach MgF2, NBK-7." src="/files/ftp_upload/54192/54192fig7.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Figure 7"> 
Rysunek 7. Typowe dane OTPAS. Lewa strona: Na rysunku przedstawiono skanowanie spektrum kątowego warstwy MgF2 i podłoża N-BK7. Prawa strona: Po podzieleniu skanu spektrum kątowego warstwy MgF2 przez skan podłoża N-BK7 oraz pomnożeniu przez stały współczynnik beta można uzyskać zależność stopnia tunelowania optycznego (%) od kąta padania, co pozwala na oszacowanie współczynnika załamania światła oraz grubości cienkiej warstwy. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig7large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<table fo:keep-together.within-page="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>PAS/TIRPAS</td>
			<td>Próbka 1</td>
			<td>Próbka 2</td>
			<td>Próbka 3</td>
			<td>Próbka 4</td>
			<td>Próbka 5</td>
			<td>Atago R-5000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Czerwień beztlenowa/PEG 
			125 µg/ml</td>
			<td>1,395</td>
			<td>1,395</td>
			<td>1,395</td>
			<td>1,395</td>
			<td>1,395</td>
			<td>1,395–1,397</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Czerwień beztlenowa/PEG 
			250 µg/ml</td>
			<td>1,39</td>
			<td>1,39</td>
			<td>1,39</td>
			<td>1,39</td>
			<td>1,39</td>
			<td>1,390–1,396</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Czerwień beztlenowa/PEG 
			500 µg/ml</td>
			<td>1,388</td>
			<td>1,389</td>
			<td>1,389</td>
			<td>1,389</td>
			<td>1,389</td>
			<td>1,381–1,395</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Czerwień beztlenowa/PEG 
			750 µg/ml</td>
			<td>1,382</td>
			<td>1,382</td>
			<td>1,387</td>
			<td>1,387</td>
			<td>1,387</td>
			<td>1,372–1,395</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mioglobina 
			460 µg/ml</td>
			<td>1,33</td>
			<td>1,329</td>
			<td>1,331</td>
			<td>1,33</td>
			<td>1,331</td>
			<td>1,335</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 1. Wyniki PAS/TIRPAS. W poniższej tabeli przedstawiono typowe wyniki dla barwnika Direct Red z dodatkiem 50% PEG w celu zwiększenia współczynnika załamania światła. Za ponowne wydanie zezwolono.18
<table fo:keep-together.within-page="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Typ testu </td>
			<td>Technika </td>
			<td>Typ warstwy </td>
			<td>Współczynnik załamania </td>
			<td>Grubość (nm) </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wewnątrzpróbkowy </td>
			<td>OTPAS </td>
			<td>MgF2 200 nm </td>
			<td>1.384±0.004 </td>
			<td>203±6 </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wewnątrzpróbkowy </td>
			<td>Elipsometria </td>
			<td>MgF2 200 nm </td>
			<td>1.393±0.001 </td>
			<td>192.4±1.1 </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Międzypróbkowy </td>
			<td>OTPAS </td>
			<td>MgF2 200 nm </td>
			<td>1.395±0.011 </td>
			<td>220±19 </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Międzypróbkowy </td>
			<td>Elipsometria </td>
			<td>MgF2 200 nm </td>
			<td>1.392±0.002 </td>
			<td>195.2±1.8 </td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 2. Wyniki OTPAS. Poniższa tabela przedstawia typowe wyniki dla cienkich warstw MgF2 o grubości 200 nm uzyskane metodą OTPAS w porównaniu z elipsometrią spektroskopową. Badanie wewnątrzpróbkowe oznacza analizę tej samej warstwy dziesięć razy, natomiast badanie międzypróbkowe – niezależną analizę dziesięciu różnych warstw. Przedrukowano za zgodą.6
<table fo:keep-together.within-page="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Liczba uśrednień</td>
			<td fo:width="0.6in" style="width:40px">1</td>
			<td>Kąt początkowy</td>
			<td fo:width="0.6in" style="width:35px">60</td>
			<td>Czas nagrzewania (min)</td>
			<td style="width:90px">0</td>
			<td style="width:90px">Współczynnik załamania światła (pryzmat)</td>
			<td>1.519</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liczba skanów</td>
			<td>1</td>
			<td>Rozmiar kroku</td>
			<td>0.1</td>
			<td>Zapisz do</td>
			<td>“yourfilename”.csv</td>
			<td>Numer mikrokroku</td>
			<td>10</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ustawienie przełącznika Q</td>
			<td>275</td>
			<td>Kąt końcowy</td>
			<td>80</td>
			<td>Wybór lasera</td>
			<td>Surelite</td>
			<td>Prędkość (rpm)</td>
			<td>500</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dopuszczalny błąd (%)</td>
			<td>5</td>
			<td>Uruchomienie lasera</td>
			<td>on</td>
			<td>Filtr dolnoprzepustowy (program)</td>
			<td>1.00 x 107</td>
			<td>Przyspieszenie (RPS)</td>
			<td>200</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 3. Ustawienia widma kątowego dla refraktometrii PAS/TIRPAS. W poniższej tabeli przedstawiono ustawienia niezbędne do uzyskania widma kątowego w refraktometrii PAS/TIRPAS.
<table fo:keep-together.within-page="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Liczba uśrednień</td>
			<td fo:width="0.6in" style="width:40px">64</td>
			<td>Kąt początkowy</td>
			<td fo:width="0.6in" style="width:35px">70</td>
			<td>Czas rozgrzewki (min)</td>
			<td style="width:90px">1</td>
			<td style="width:90px">Współczynnik załamania (pryzmat)</td>
			<td>1.519</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liczba skanów</td>
			<td>1</td>
			<td>Rozmiar kroku</td>
			<td>0.1</td>
			<td>Zapisz do</td>
			<td>“yourfilename”.csv</td>
			<td>Numer mikrokroku</td>
			<td>10</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ustawienie przełącznika Q</td>
			<td>275</td>
			<td>Kąt końcowy</td>
			<td>72</td>
			<td>Wybór lasera</td>
			<td>Surelite</td>
			<td>Prędkość (rpm)</td>
			<td>500</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dopuszczalny błąd (%)</td>
			<td>5</td>
			<td>Uruchomienie lasera</td>
			<td>wł.</td>
			<td>Filtr dolnoprzepustowy (program)</td>
			<td>1.00 x 107</td>
			<td>Przyspieszenie (RPS)</td>
			<td>200</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 4. Ustawienia widma kątowego dla OTPAS. W poniższej tabeli przedstawiono ustawienia niezbędne do uzyskania widma kątowego w OTPAS.
<table fo:keep-together.within-page="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td style="width:65px">Niższy współczynnik załamania</td>
			<td>1</td>
			<td style="width:72px">Tolerancja</td>
			<td>1.00 x 10-12</td>
			<td style="width:80px">Współczynnik załamania sprzęgła</td>
			<td style="width:83px">1.519</td>
			<td style="width:65px">Dane podłoża</td>
			<td style="width:83px">Wybierz plik.csv</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Minimalna grubość</td>
			<td>0 nm</td>
			<td>Szacowany współczynnik załamania</td>
			<td>1.3</td>
			<td>Długość fali</td>
			<td>532 nm</td>
			<td>Zapisz wiele plików do</td>
			<td>Wybierz plik.csv</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Maksymalna grubość</td>
			<td>1 000 nm</td>
			<td>Szacowana grubość</td>
			<td>200 nm</td>
			<td>Polarizacja</td>
			<td>P-polaryzowana</td>
			<td>Liczba plików</td>
			<td>liczba plików, które chcesz dopasować</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Maksymalna liczba iteracji</td>
			<td>5 000</td>
			<td>Współczynnik załamania podłoża</td>
			<td>1.519</td>
			<td>Dane warstwy</td>
			<td>Wybierz plik.csv</td>
			<td>Typ dopasowania</td>
			<td>Pojedyncze dopasowanie/Dopasowanie partii</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 5. Parametry dopasowania krzywej. W poniższej tabeli przedstawiono parametry dopasowania krzywej niezbędne do poprawnego oszacowania parametrów.
Plik z dodatkowym kodem: OTPAS thin film analyzer_USB-5133.vi. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/OTPAS_Thin_Film_Analyzer_USB-5133.vi" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>

Tutaj prezentujemy protokół do szacowania właściwości optycznych materiału i powierzchni za pomocą efektu fotoakustycznego połączonego z całkowitym wewnętrznym odbiciem. Technika ta, która eliminuje fotoakustykę opartą na polu, może być wykorzystana do stworzenia fotoakustycznego systemu metrologicznego do szacowania grubości materiałów, współczynników załamania światła objętościowych i cienkowarstwowych oraz badania ich właściwości optycznych.

Fotoakustyka oparta na polu ulotnym: ocena właściwości optycznych na powierzchniach

Here, we present a protocol to estimate material and surface optical properties using the photoacoustic effect combined with total internal reflection. ...

Ogólnym celem tego zestawu technik fotoakustycznych jest charakterystyka właściwości optycznych cieczy, ciał stałych i przezroczystych cienkich warstw w jednym zintegrowanym urządzeniu. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie charakterystyki materiałów, takie jak szacowana grubość i współczynnik załamania światła. Główną zaletą tej techniki jest możliwość pomiaru objętościowego współczynnika załamania światła, współczynnika załamania światła cienkiej warstwy, grubości oraz absorpcji optycznej za pomocą jednego urządzenia.Przed rozpoczęciem eksperymentu należy przygotować niezbędny sprzęt. Po pierwsze, do wykonania protokołu wymagane są dwa przetworniki ultradźwiękowe, takie jak zastosowane tutaj modele 10 MHz. Każdy z nich posiada przymocowany żywicą epoksydową do przedniej powierzchni czerwony cylinder z lateksu o średnicy 9 mm i grubości 1 mm.Przetwornik referencyjny jest również przyklejony żywicą epoksydową do bloku akrylowego, który pełni rolę dystansera akustycznego. Kolejnym elementem wyposażenia do przygotowania jest uchwyt pryzmatu fotoakustycznego opartego na polu ewanescentnym (EFPA). Uchwyt pryzmatu EFPA składa się z mocowania pryzmatu oraz mocowania przetwornika.Pryzmat jest osadzony w uchwycie pryzmatu. Uchwyt przetwornika utrzymuje jeden z przygotowanych przetworników ultradźwiękowych w taki sposób, aby lateks był odsłonięty. Po umieszczeniu pryzmatu i przetwornika, połącz dwie części uchwytu pryzmatu tak, aby lateks był skierowany w stronę pryzmatu przez szczelinę, w której zostanie umieszczona próbka.Połącz poszczególne elementy za pomocą śrub. Pozostała aparatura do tego eksperymentu znajduje się już na ławie optycznej. Wiązka jest generowana przez laser neodymowo-itrowo-aluminiowy (Nd:YAG) z przełącznikiem wyzwalającym.Jego wyjście prowadzi do expandera wiązki. Za nim znajduje się przysłona z regulacją ręczną. Kolejnym elementem jest kostka polaryzacyjnego dzielnika wiązki.Następnie wiązka wpada do niepolaryzującego dzielnika wiązki. Jeden z wyjść prowadzi do zamontowanego przetwornika ultradźwiękowego, który pełni funkcję referencji. Drugie wyjście z dzielnika wiązki prowadzi do zamontowanego uchwytu pryzmatu EFPA oraz do jego przetwornika.Wiązka opuszczająca uchwyt pryzmatu trafia do blokady wiązki. Uchwyt pryzmatu EFPA jest zamontowany na stole translacyjnym XY theta, co umożliwia jego prawidłowe ustawienie. Jego kąt może być zmieniany za pomocą sterowanego komputerowo silnika krokowego.Aby przygotować się do eksperymentu, należy powrócić do lasera i ekspandera wiązki. Użyj soczewek, aby uzyskać powiększenie wiązki co najmniej trzykrotne. Wiązka powinna być większa od lateksowego absorbera znajdującego się na przetwornikach.Po zakończeniu pracy z expanderem należy użyć poziomicy cyfrowej, aby wyrównać wiązkę i uchwyt pryzmatu. Płaska strona mocowania pryzmatu powinna znajdować się pod kątem zero stopni względem wiązki. Należy podłączyć i włączyć przetworniki, oscyloskopy oraz monitory sterowane komputerowo.Użyj kabli BNC o impedancji 50 ohm, aby podłączyć przetwornik referencyjny do kanału zero oscyloskopu. Podłącz przetwornik w uchwycie pryzmatu EFPA do kanału jeden. Podczas wykonywania kroków wyrównania należy bezwzględnie mieć założone odpowiednie okulary ochronne do pracy z laserem.W przysłonie z regulacją zmniejsz wiązkę do średnicy 1 mm. Na komputerze uruchom oprogramowanie, które będzie kontrolować przebieg eksperymentów. Za pomocą oprogramowania obróć uchwyt pryzmatu do kąta 70 stopni.Spójrz w pryzmat z boku, prostopadle do wiązki lasera, i sprawdź, czy plamka lasera jest widoczna na lateksie. Ręcznie dostrój stół translacyjny XY theta, aż plamka lasera zostanie prawidłowo ustawiona na przetworniku. Celem jest umieszczenie plamki w centrum lateksu.Wróć do apertury i rozszerz ją do maksymalnego otwarcia. Na komputerze sprawdź pomiary energii z przetworników. W tym przypadku czerwona linia odpowiada bezpośredniemu pomiarowi energii lasera, który stanowi punkt odniesienia.Niebieska linia pochodzi z przetwornika w uchwycie pryzmatu EFPA. Należy sprawdzić, czy oba pomiary mają w przybliżeniu tę samą wartość. Po upewnieniu się, że wszystko jest w porządku, należy zatrzymać pomiar, co spowoduje automatyczny reset pryzmatu do zera stopni przed kontynuacją.Do analizy próbki ciekłej zostanie wykorzystana technika fotoakustycznej spektroskopii z całkowitym wewnętrznym odbiciem. Próbką jest barwnik Direct Red 81 w wodzie. Ponadto technika ta wymaga zastosowania oleju imersyjnego o współczynniku załamania dopasowanym do pryzmatu, a także szkiełka przedmiotowego jako podłoża do przykrycia powierzchni pryzmatu.Wyjmij uchwyt pryzmatu EFPA z układu i otwórz go, aby umieścić w nim próbkę. Zacznij od pryzmatu, nanie anie 2,5 µL oleju imersyjnego na jego środek. Następnie umieść substrat na wierzchu rozprzestrzenionej warstwy oleju.Następnie przejdź do pracy z lateksem na przetworniku ultradźwiękowym EFPA. Nanieś na niego 25 µL ciekłej próbki, unikając powstawania pęcherzyków powietrza. Teraz ponownie złóż uchwyt EFPA, kładąc kombinację podłoża z olejem pryzmatycznym na wierzch lateksu pokrytego próbką.Dociśnij uchwyt pryzmatu i dokręć zespół za pomocą śrub montażowych. Po przygotowaniu uchwytu EFPA przywróć go do zestawu eksperymentalnego. Umieść uchwyt EFPA z powrotem w jego pozycji pomiędzy elementami optycznymi.Przed rozpoczęciem gromadzenia danych należy upewnić się, że wszystkie komponenty są gotowe. Należy wykorzystać oprogramowanie laboratoryjne do pomiaru i wyświetlania sygnału akustycznego generowanego przez próbkę. Dane przedstawiają napięcie szczyt-szczyt w funkcji czasu.Aby przygotować się do refraktometrii POSS TUR POSS, ponownie należy wykorzystać uchwyt pryzmatu EFPA z zestawu. Rozdzielić uchwyt, aby odsłonić pryzmat oraz lateks od przetwornika. Przygotować próbkę, olej immersyjny o współczynniku załamania dopasowanym do pryzmatu oraz podłoże do przykrycia powierzchni pryzmatu.Nanieś 2,5 µL oleju immersyjnego na środek pryzmatu. Przykryj olej, kładąc substrat na warstwie oleju. Przejdź do przetwornika w jego uchwycie i nanieś 25 µL barwnika próbki na jego lateksową podkładkę.Po zakończeniu tej czynności umieść uchwyt pryzmatu wraz z olejem i podłożem na lateksie lub przetworniku. Ściśnij oba uchwyty i zabezpiecz je śrubami montażowymi. Po zamontowaniu uchwytu pryzmatu EFPA w układzie, przejdź do oprogramowania sterowanego komputerowo.Wprowadź zakres kątów padania, dla których należy zmierzyć widmo, oraz wielkość kroku. Uruchom program, aby zmierzyć widmo i wykreślić je w postaci napięcia szczyt-szczyt w funkcji kąta. Na podstawie zmierzonego widma wykorzystaj oprogramowanie do wyznaczenia i przedstawienia na wykresie pochodnej numerycznej względem kąta.Wykorzystaj wygładzone dane z pochodnej numerycznej, aby ręcznie zidentyfikować minima lokalne oraz odpowiadające im kąty padania. Minima te wskazują na przejście z reżimu POSS do TUR POSS. Przygotuj uchwyt pryzmatu EFPA do przeprowadzenia fotoakustycznej spektroskopii tunelowania optycznego.Przygotuj oddzielone uchwyty pryzmy i przetwornika oraz olej imersyjny z indeksem dopasowanym do pryzmy. Próbką jest cienka warstwa fluorku magnezu naniesiona na szkiełko przedmiotowe. Na środek pryzmy nanieś 2,5 µL oleju imersyjnego.Po naniesieniu oleju ustaw próbkę tak, aby cienka warstwa znajdowała się z dala od pryzmatu, a następnie umieść próbkę na oleju. Na uchwycie przetwornika nanieś 25 µL oleju immersyjnego na lateksową podkładkę w taki sposób, aby pokryła ona całą powierzchnię bez tworzenia pęcherzyków powietrza. Przyłóż lateks do próbki i dokręć śruby montażowe, aby skompresować zespół.Umieść uchwyt EFPA z powrotem w układzie optycznym i przygotuj się do przeprowadzenia eksperymentu. W komputerze wprowadź parametry do pomiaru widma kątowego i rozpocznij pomiar. Dane te, uzyskane za pomocą spektroskopii fotoakustycznej z całkowitym wewnętrznym odbiciem, są reprezentatywne dla fali akustycznej generowanej przez próbkę absorbującą.W tym przypadku zastosowano barwnik czerwony 81 w wodzie. Bipolarny charakter fali wynika z odbicia akustycznego na granicy między próbką a szklaną podstawką, gdzie występuje znaczna różnica w impedancji akustycznej. Technika POSS TUR POSS generuje widmo kątowe.Po obliczeniu pochodnej numerycznej w programie smooth, lokalne minimum odpowiada zmierzonemu kątowi krytycznemu. Znając ten kąt, możliwe jest obliczenie objętościowego współczynnika załamania światła dla długości fali lasera użytego w eksperymencie. Przedstawiony sygnał znormalizowanego widma kątowego energii lasera dotyczy filmu magnezowego na podłożu z an NBK-7 szkła optycznego.Procent tunelowania optycznego w funkcji kąta padania można wyznaczyć na podstawie tych wartości. Informacje te umożliwiają oszacowanie współczynnika załamania światła oraz grubości. Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać o zapobieganiu powstawaniu pęcherzyków powietrza w oleju lub próbce.Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dobrą wiedzę na temat wykorzystania metod EFPA do szacowania właściwości optycznych materiałów.

evanescent-field-based-photoacoustics-optical-property-evaluation-at

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Mikroskopia fotoakustyczna o rozdzielczości optycznej (OR-PAM) to rozwijająca się technologia umożliwiająca obrazowanie kontrastów absorpcji optycznej in vivo z rozdzielczością i czułością na poziomie komórkowym. W niniejszym materiale przedstawiamy instrukcję wizualną dotyczącą protokołów eksperymentalnych OR-PAM, obejmującą konfigurację systemu, jego kalibrację, typowe procedury eksperymentalne in vivo oraz schematy obrazowania funkcjonalnego.

Trójwymiarowa mikroskopia fotoakustyczna o rozdzielczości optycznej

Opisano system echoskopowej welocymetrii obrazowej cząstek (EPIV), który umożliwia pozyskiwanie dwuwymiarowych pól prędkości w płynach nieprzezroczystych optycznie lub przez geometrie nieprzezroczyste optycznie, oraz przedstawiono pomiary walidacyjne w przepływie w rurze.

Echo Particle Image Velocimetry

Oftalmologia fotoakustyczna (PAOM), będąca modalnością obrazowania opartą na absorpcji optycznej, umożliwia uzupełniającą ocenę siatkówki w stosunku do obecnie dostępnych technologii obrazowania okulistycznego. Przedstawiamy zastosowanie PAOM zintegrowanego z optyczną koherencyjną tomografią w domenie widmowej (SD-OCT) do jednoczesnego multimodalnego obrazowania siatkówki u szczurów.

Zintegrowana fotoakustyczna oftalmoskopia i optyczna koherentna tomografia w dziedzinie widmowej

Ogólnym celem tej metody jest określenie niskoenergetycznej struktury elektronowej ciał stałych w ultra niskich temperaturach za pomocą kątowo-rozdzielczej spektroskopii fotoemisyjnej z promieniowaniem synchrotronowym.

Kątowo-rozdzielcza spektroskopia fotoemisyjna w bardzo niskich temperaturach

Czujniki mikrownękowe z rdzeniem fluorescencyjnym wykorzystują powłokę z kropek kwantowych o wysokim indeksie w kanale mikrokapilar krzemionkowych. Zmiany współczynnika załamania światła płynów pompowanych do kanału kapilarnego powodują przesunięcia w widmie fluorescencji mikrownęki, które można wykorzystać do analizy ośrodka kanałowego.

Synteza i działanie mikrownęk z rdzeniem fluorescencyjnym w detekcji refraktometrycznej

Manuskrypt opisuje metodę quasi-rezonansowej spektroskopii fluorescencyjnej wspomaganej fononem, która obejmuje zarówno spektroskopię o ograniczonej rozdzielczości laserowej, jak i spektroskopię fotoluminescencji (PL). Metoda ta wykorzystuje fonony optyczne do zapewnienia widm o ograniczonej szerokości linii struktur półprzewodnikowych podobnych do atomów w domenie energetycznej. Metodę tę można również łatwo zrealizować za pomocą pojedynczej konfiguracji spektrometru spektroskopii optycznej.

Spektroskopia fluorescencyjna quasi-rezonansowa wspomagana fononami o wysokiej rozdzielczości

Badano dwa rodzaje powierzchni, stal pokrytą poliestrem i poliester pokryty warstwą nanocząsteczek krzemionki. Obie powierzchnie zostały wystawione na działanie promieni słonecznych, które spowodowały znaczne zmiany w chemii i topografii powierzchni w nanoskali.

Ewolucja powłok poliestrowych z nanocząstek krzemionki na powierzchniach narażonych na działanie promieni słonecznych

Tutaj demonstrowany jest system do przełączania rozdzielczości akustycznej (AR) i rozdzielczości optycznej (OR) MIKROSKOPII FOTOAKUSTYCZNEJ (AR-OR-PAM), zdolny zarówno do obrazowania w wysokiej rozdzielczości na płytkiej głębokości, jak i obrazowania głębokich tkanek o niskiej rozdzielczości na tej samej próbce in vivo.

Przełączana mikroskopia fotoakustyczna o rozdzielczości akustycznej i optycznej do obrazowania naczyń krwionośnych in vivo małych zwierząt

Ten protokół opisuje oprzyrządowanie do określania szybkości wzbudzenia i sprzężenia między emiterami światła a polarytonami plazmonów powierzchniowych podobnych do Blocha, powstających z układów okresowych.

Wyznaczanie współczynników wzbudzenia i sprzężenia między emiterami światła a polarytonami plazmonów powierzchniowych

Optycznie aktywowane nanokropelki perfluorocarbonu są obiecujące w zastosowaniach obrazowania poza układem naczyniowym. W tym artykule pokażemy, jak syntetyzować te cząstki, sieciować fantomy poliakrylamidu i modulować kropelki akustycznie, aby wzmocnić ich sygnał.

Formulacja i modulacja akustyczna optycznie odparowanych nanokropel perfluorowęglowodoru

Ten protokół opisuje wytwarzanie stabilnego, biologicznie istotnego materiału fantomowego do zastosowań optycznego i akustycznego obrazowania biomedycznego, o niezależnych właściwościach akustycznych i optycznych.

Stabilny materiał fantomowy do obrazowania optycznego i akustycznego

Poznaj metodę fotoakustyczną opartą na polu ulotnym do oceny właściwości optycznych cieczy, ciał stałych i cienkich warstw przezroczystych. Technika ta umożliwia pomiar grubości, współczynników załamania i absorpcji optycznej w jednym urządzeniu.

Fotoakustyka oparta na polu ulotnym: ocena właściwości optycznych na powierzchniach

Przeglądaj więcej filmów