Sensoriamento terahertz microfluídicos usando um sensor de guia de onda de placas paralelas

Este protocolo usa um guia de onda de placa paralela ranhurada para medir o índice de refração de uma amostra microfluídica em frequências de terahertz Primeiro, projete e fabrique o guia de onda ranhurado para exibir uma ressonância na faixa de terahertz. Em seguida, usando um sistema de espectroscopia no domínio do tempo terahertz, meça a frequência de ressonância do guia de ondas. Em seguida, encha o guia de ondas com um volume cuidadosamente medido do sample fluido.

A etapa final é medir a frequência de ressonância do guia de onda preenchido. Em última análise, a diferença entre as frequências ressonantes para os guias de onda vazios e preenchidos pode ser usada para determinar o índice de refração da amostra na faixa de frequência terahertz. Geralmente, os indivíduos novos neste método terão dificuldades devido à alta precisão necessária para obter resultados repetíveis.

Kim enrola outro estudante de pós-graduação do Laboratório de Daniel Middleman e agora demonstraremos o procedimento. Projete um guia de onda de placa paralela com uma ou mais cavidades ou ranhuras integradas. Baseie a geometria nos parâmetros detalhados no manuscrito que acompanha e também consulte nossas publicações anteriores.

Estes são alguns princípios orientadores gerais. Comece com um tamanho de placa largo o suficiente para que possa ser considerado infinito em comparação com o feixe de entrada para permitir fácil acesso à ranhura. Faça a placa guia de onda inferior significativamente mais larga do que a placa superior, de modo que a ranhura se estenda por quase toda a largura da placa.

Faça o comprimento de propagação de modo que o guia de onda como um todo seja pelo menos três vezes maior que a extensão da ranhura e os orifícios na placa inferior sejam rosqueados, enquanto os da parte superior não. O projeto da ranhura dependerá da frequência de ressonância desejada, da largura de linha desejada e do espaçamento de placa escolhido, entre outros fatores. É importante considerar as limitações de suas técnicas de fabricação para ranhuras muito estreitas ou muito rasas Para uso como referência.

Também fabrique um design idêntico sem ranhura. Mantenha o espaçamento da placa usando espaçadores dielétricos, como fragmentos de um microscópio quebrado. A máquina da corrediça fabrica o guia da onda.

É importante ressaltar que não embote as bordas das placas, principalmente na face de entrada. Bordas arredondadas são uma prática padrão em muitas oficinas mecânicas por razões de segurança, mas uma borda arredondada na face de entrada distorcerá o sinal. Comece a montagem com uma estrutura com duas superfícies planas perpendiculares uma à outra.

Coloque a placa inferior na superfície horizontal e pressione-a. Nivelado com a superfície vertical. Insira os espaçadores dielétricos o mais próximo possível dos orifícios dos parafusos.

Dois por parafuso, um de cada lado. Verifique se os parafusos não obstruem a ranhura ou se estendem além da face de entrada. Cuidadosamente. Coloque a placa superior nivelada com a superfície vertical e deslize-a para baixo para assentar na placa inferior e nos espaçadores.

Agora segurando ambas as placas niveladas contra a superfície vertical. Insira os parafusos, aperte-os gradualmente em um padrão alternado. Examine a guia de onda final para uma face de entrada perfeitamente plana e espaçamento uniforme entre as placas.

Comece configurando o aparelho. Se ainda não estiver presente, introduza quatro lentes no caminho do feixe rah hertz em uma orientação confocal. Para fornecer um foco preciso no ponto médio do caminho, coloque uma abertura de 12 milímetros no ponto focal.

A abertura deve ser grande o suficiente para bloquear toda a propagação de radiação, exceto através do guia de ondas. O tamanho da abertura determinará o tamanho do feixe que se propaga no guia de ondas. Use um suporte seguro para garantir a colocação repetível do guia de ondas.

Em seguida, posicione o guia de ondas imediatamente atrás da abertura com a face de entrada em contato com a abertura e com o eixo de propagação do guia de ondas alinhado o mais próximo possível do eixo óptico. O alinhamento aqui é reflexões críticas, dispersão, variações no corte, em frequências ressonantes, e outros problemas podem surgir devido ao alinhamento inadequado do guia de ondas. Agora, coloque o porta-seringas de forma que a ponta da seringa fique alinhada com a ranhura.

Para obter melhores resultados, use uma seringa diferente para cada material para evitar contaminação cruzada. Encha a seringa com o líquido a ser testado e elimine quaisquer bolhas. Também entre as corridas.

Siga um procedimento de limpeza que requer primeiro a desmontagem da guia de onda. Em seguida, lave bem ambas as placas em um solvente apropriado para remover qualquer resíduo do experimento. Seque com ar comprimido, remonte o guia de ondas conforme mostrado anteriormente.

Comece com uma forma de onda de referência do guia de ondas grod. Uma forma de onda de referência só é necessária uma vez a cada poucas horas durante cada sessão experimental, dependendo da estabilidade a longo prazo do tempo. Sinal do espectrômetro de domínio.

Remova a guia de onda desagrupada. Em seguida, coloque a guia de onda ranhurada limpa no aparelho. Pegue uma forma de onda para o guia de onda agrupado vazio.

O processo de remoção e desmontagem pode levar a variações muito pequenas na geometria do guia de ondas. Essas variações afetarão a frequência de ressonância absoluta dos sulcos vazios e preenchidos, mas não o deslocamento observado. Portanto, cada medida completa requer sua própria referência vazia.

Para calcular a mudança Sem mover o guia de ondas, coloque a seringa cheia no suporte. Preencha lentamente a ranhura mantendo. Observe se o preenchimento é bom, sem bolhas ou transbordamento.

Pegue outra forma de onda. Se o sistema tiver mais de uma ranhura, continue preenchendo as ranhuras e pegando conforme desejado. Remova o guia de onda e limpe-o antes de coletar o próximo conjunto de dados.

Neste exemplo de um guia de ondas bem fabricado, observe que a ranhura não se estende por todo o comprimento ou largura do guia de ondas. Uma vez montada a placa paralela, a geometria do guia de ondas é adequada para a implementação de um sensor de índice de refração para frequências terahertz. Um pequeno volume de líquido é necessário para medir o índice de refração.

Esses dados mostram espectros de frequência típicos e são obtidos a partir de uma análise de tetra decano. O espectro obtido a partir do guia de onda não ranhurado de referência é mostrado em preto, as medições do guia de onda ranhurado sem preenchimento de líquido são indicadas em azul, e o guia de onda ranhurado com uma amostra de tetradecano está em vermelho. Os espectros de amplitude para as guias de onda sulcadas vazias e cheias são então elevados ao quadrado e divididos pelo espectro da guia de onda de referência para obter espectros de transmissão de energia.

A diferença de frequência entre as características ressonantes das guias de onda vazia e cheia é o deslocamento ressonante que se relaciona com o índice de refração. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de ser o mais consistente possível e ter cuidado para minimizar a contaminação cruzada no guia de ondas. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como obter uma medição do índice de refração de uma amostra microfluídica medindo a frequência ressonante de um guia de onda de placa paralela ranhurada usando espectroscopia no domínio do tempo Terahertz.