Методическая статья

Evanescent поля на основе фотоакустика: Оптическая Оценка недвижимости на поверхностях

12.7K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/54192

⸱

26 июля 2016 г.

 ,  ,  ,  ,  , 
1Biomedical Engineering, Duquesne University, 2Department of Computer Science, University of Missouri, 3Department of Bioengineering, University of Missouri

В этой статье

Краткое содержание

Здесь мы приводим протокол для оценки материала и поверхностные оптические свойства, используя Фотоакустический эффект в сочетании с полным внутренним отражением. Эта техника затухающих фотоакустика поле на основе могут быть использованы для создания фотоакустической метрологическую систему для оценки толщины, объемные и тонкие пленки рефракционных индексов материалов ", а также изучить их оптические свойства.

Аннотация

Здесь мы представляем протокол для оценки оптических свойств материала и поверхности с использованием фотоакустического эффекта в сочетании с полным внутренним отражением. Оценка оптических свойств тонких пленок и поверхностей сыпучих материалов является важным шагом в понимании новых оптических систем материалов и их применения. Представленный метод позволяет оценить толщину, показатель преломления, а также использовать поглощающие свойства материалов для обнаружения. В этой метрологической системе используется фотоакустика на основе затухающего поля (EFPA), область исследований, основанная на взаимодействии затухающего поля с фотоакустическим эффектом. Это взаимодействие и вытекающее из него семейство методов позволяют исследовать оптические свойства в пределах нескольких сотен нанометров от поверхности образца. Это оптическое ближнее поле позволяет с высокой точностью оценивать свойства материала в том же масштабе, что и само поле, такие как показатель преломления и толщина пленки. С помощью EFPA и его вспомогательных методов, таких как фотоакустическая спектроскопия полного внутреннего отражения (TIRPAS) и оптическая туннельная фотоакустическая спектроскопия (OTPAS), можно оценить материал в наномасштабе в консолидированном инструменте без необходимости использования множества инструментов и экспериментов, которые могут быть непомерно дорогими.

Введение

Успехи в понимании оптических материалов 1,3,4,6,7,10,13-16 предоставили новые идеи в создании тонких пленочных материалов для целого ряда оптических устройств, в том числе просветляющих покрытий на линзы, высокий коэффициент экстинкции оптического фильтры и сильнопоглощающие плиты волноводы 17. Эти достижения были бы невозможны без использования многих методов определения характеристик, таких как эллипсометрии 4,6,18, измерения угла контакта, атомно - силовой микроскопии 7,11,19 и сканирующей / трансмиссионной электронной микроскопии, которые помогают в итерационном улучшении эти технологии путем предоставления прямых мер или косвенные оценки фундаментальных оптических свойств материала. Упомянутые свойства, такие как показатель преломления, регулируют, как материалы взаимодействуют с падающих фотонов, которые непосредственно влияют на их функцию и их использование в оптических приложений. Тем не менее, каждый из этих методов имеет свои ограничения, связанные с resoluции, подготовка проб, стоимость и сложность, и каждый генерирует только часть данных, необходимых для полной характеристики материала. Это , как говорится, новый набор методов, известных как затухающих фотоакустика базирующихся на местах (EFPA) 5,6,15,18,20-49 , как показано на рисунке 1, имеет потенциал для оценки свойств материалов на наноуровне в сводный множество экспериментов. EFPA охватывает суб-методы полного внутреннего отражения фотоакустическом спектроскопии (TIRPAS) 23,25,26,33-35,43-45, фотоакустическая спектроскопия / полное внутреннее отражение фотоакустическая спектроскопия рефрактометрии (ССА / TIRPAS рефрактометрии) 18, и оптический туннельный фотоакустическом спектроскопии (OTPAS) 6, и используется для оценки объема и тонкой пленки показатель преломления, толщина пленки, а также для обнаружения поглощающих материалов на призмы / образец или раздела подложка / образца.

Для того, чтобы понять механизм EFPA, одиндолжны сначала понять концепцию фотоакустическом спектроскопии (ПАС), которая относится к генерации ультразвуковых волн давления быстрым термоупругой расширения хромофора, после поглощения ультра-коротких (<микросекунды) импульса света (рисунок 1). Теоретическая и математическая основа для фотоакустическом эффекта , описанного в этом документе , можно получить здесь 50-59. Результирующее изменение давления может быть обнаружен с помощью ультразвукового микрофона или датчика. Фотоакустический эффект, первоначально обнаруженный в 1880 году с изобретением фотофон Александра Грэма Белла, была "вновь открыта" в начале 1970-х годов из-за достижения в области лазерной и технологии микрофона, и в конечном итоге положить в практическое использование, чтобы заполнить нишу приложений от биомедицинской визуализации для тонкой пленки анализ для неразрушающего контроля материалов. 1,53-57,59-82 Этот эффект может быть математически описана с одномерными волновых уравнений, в которых ее волна представляет собой простой источник звука которого давление (р) изменяется как в положении (х) и время (т):

figure-introduction-1

решения для простых акустических источников вида 64

figure-introduction-2

где р давление, Γ = αv s 2 / С р , где α коэффициент объемного теплового расширения, v s является скорость звука в среде, и С р есть теплоемкость при постоянном давлении, Н 0 является лучистая экспозиция лазерного луча, с - скорость звука в среде , возбужденной, х длина, и т является время. Величина результирующего акустической волны зависит непосредственно от коэффициента оптического поглощения материала, мкА, WHICH является инверсией от глубины проникновения оптического, б, которое в свою очередь является мерой расстояния свет проходит до тех пор, пока не спадает до 1 / е от его исходной оптической интенсивности. В то время как уравнение (1) представляет собой общее уравнение для источника волн в одной мерной плоскости, типичные поглотители будет излучать сферическую акустическую волну в трех измерениях. Помимо математического описания, применение фотоакустическая эффект 54 пролетов многих методов в визуализации , таких как микроскопии, томографии и даже молекулярной визуализации вследствие фотоакустическом эффекта , имеющего высокую чувствительность из - за большого оптического поглощения , обусловленные естественным образом присутствуют хромофора гемоглобина. Другие применения фотоакустическом эффекта даже включать оценку различных тонких свойств пленок 15,16,20,21,24,26-32,36-39,41,42,56,83,84. Однако PAS имеет определенные ограничения: (1) его обширная глубина проникновения оптического исключает возможность проверки ближнего поля на оптические свойства поверхностей (2)s эффективность улавливания излучаемого акустической энергии мала из-за сферической распространения большинства энергии от детектора (3) образцы должны включать хромофоров в режиме длины волны рассматриваемой.

В сочетании с затухающими методами полевых основе, тем не менее, многие из этих ограничений могут быть облегчены. Затухающих поле возникает, когда луч света испытывает полное внутреннее отражение (TIR), как описано законом Снеллиуса, что эффект позволяет также волоконно-оптические волноводы, чтобы направлять свет на большие расстояния (км) для вычислительных и телекоммуникационных приложений. В практических вариантах применения затухающих поле используется в различных методов анализа характерных особенностей и визуализации технологий, в том числе нарушенного полного отражательной спектроскопии (ATR). Обработки изображений достигается с высокой контрастностью благодаря удержанию света в течение первых нескольких сотен нанометров в образец интереса. Затухающих поле принимает форму exponentiallу затухающей поле, которое распространяется во внешнюю среду на глубину проникновения оптического, что, как правило, порядка длины волны используемого (обычно ~ 500 нм или меньше), как показано в уравнениях 3 и 4.

figure-introduction-3

где I- интенсивность света в% на месте г от границы раздела призмы / образца, I 0 , начальная интенсивность света в% на границе раздела, Z является расстояние в нанометрах, а δ р глубина оптического проникновения , как показано в уравнении 4. при такой небольшой глубины проникновения оптического, эванесцентной поле может взаимодействовать с окружающей средой очень близко к границе раздела двух материалов, а также существенно ниже оптических и акустических дифракционных пределов. Оптические свойства материалов или частиц в этом диапазоне может возмущать поле или иным образом изменять свое поколение, которое взаимодействие можно обнаружить с помощью различных методов , 3,5,6,10,15,17,18,21,23,25-27,29-47,84-95.

Когда затухающих методы сочетаются с PAS, Фотоакустический формы волны , полученные могут быть использованы для характеристики материалов или частиц , взаимодействующих с затухающей поле, создавая мимолетную-поля на основе фотоакустика семьи (EFPA) методов, как показано на рисунке 1. Это семейство включает в себя, но не ограничивается ими, полное внутреннее отражение фотоакустическая спектроскопии (TIRPAS), оптический туннельный фотоакустическая спектроскопии (OTPAS), и поверхностного плазмонного резонанса фотоакустическом спектроскопии (SPRPAS). Заинтересованный читатель должен обратиться к следующим ссылкам для дифференцирования уравнений , используемых для TIRPAS 5,6,18,23,25,26,33-35,43-47, PAS / TIRPAS рефрактометрия 18 и OTPAS 6. В каждом случае Фотоакустический эффект генерируется с помощью другого механизма возбуждения, чем просто пропусканием через призму; например, в TIRPAS, свет evanescentlyв сочетании через / подложки / интерфейс образца призмы в хромофоров (которая может включать сам образец материала или гостевые молекулы в образце), тогда как в SPRPAS, основной способ возбуждения вместо того, чтобы за счет поглощения поверхностного плазмона, которая вторичный ЭМ волны создается, когда энергия исчезающего поля переносится в электронное облако металлического слоя, нанесенного на поверхность призмы. Это семейство методов первоначально был изобретен в начале 1980 - х Hinoue и др., А также улучшены Т. Инагаки и др. С изобретением SPRPAS, но видел очень мало развития из - за технических ограничений , источников света и имеющегося оборудования для обнаружения , Совсем недавно, предыдущие исследования показали, что повышенная чувствительность и полезность возможны с современной поливинилиденфторид (ПВДФ) ультразвуковых детекторов и с модуляцией добротности неодимом иттрий-алюминиевом гранате (Nd: YAG) лазеров. В частности, наносекундным импульсным Nd: YAGлазеров приводят к 10 6 кратное увеличение пиковой мощности, что позволяет технику EFPA стать полезным инструментом для оценки оптических свойств различных материалов и интерфейсов 5,6,15,18,21-29,31-47,84 , 96. Кроме того, предыдущая работа также показывает , способность таких методов , чтобы определить структурную информацию о материалах на границе раздела, который не был ранее никогда достижимо с традиционными фотоакустическая спектроскопии (ПАС) технологии из - за их относительно большой глубины проникновения 53,55,57,59, 61,62,69,73,75,80,81.

Эта возможность показана в протоколах, которые следуют по методике OTPAS; Однако, на более фундаментальном уровне три метода каждый полагаются на другом окончательное уравнение, которое определяет возможности технологии. Например, в TIRPAS, оптической глубины проникновения исчезающего поля, б 'р, в первую очередь приводит в результате акустическиеинтенсивности сигнала к поглощающим образца, и описывается следующим образом:

figure-introduction-4

где λ 1 длина волны света , проходящего через призму среды и определяется соотношением Х 1 = λ / N 1 , где N 1 является показатель преломления материала призмы. Кроме того, θ обозначает угол возбуждения, и N 21 относится к соотношению показателей преломления каждой среды и определяется N 21 = N 2 / N 1, в которой N 2 показатель преломления материала образца. Чем больше глубина оптического проникновения, тем больше материала облучается. Для фотоакустическом эффекта, тем больше глубина оптического проникновения, тем больше материала возбуждается, что может производить акустические волны, ведущие к большей акустического сигнала.

В отличие от TIRPAS однако, в программе PAS / TIRPAS рефрактометрии первичное уравнение закон Снеллиуса:

figure-introduction-5

где N 1 показатель преломления призмы, θ 1 является угол падения на границе раздела призмы / образца, N 2 является показатель преломления образца, и θ 2 является углом света , который преломляется через второй средний. Чувствительность оценки показателя преломления материала , в основном за счет точности оценки & thetas 1. В полного внутреннего отражения, которое достигается , когда θ 1 находится за пределами критического угла , который генерирует мимолетную поле, SIN & thetas 2 = 1 и , следовательно, уравнение 5 сводится к п 2 = п 1 sinθ 1. (Примечание: θ 1 =θ критическое) Зная угол , при котором численное производная (дР / dθ где Р от пика до пика напряжения фотоакустическом сигнала и & thetas является угол падения света с образцом) фотоакустического сигнала имеет локальные минимумы позволяет для оценки ф 1 , что позволяет пользователю решить для п 2 и , таким образом , оценить объемную преломления образца , как показано на рисунке 1.

И, наконец, в OTPAS следующее уравнение связывает оптическую передачу сигнала в% к фотоакустическом от пика до пика напряжения путем:

figure-introduction-6

где Т представляет собой процент передачи оптических сигналов, р представляет собой напряжение от пика до пика , порожденное углового спектра подложки с пленкой на ней, р 0 это напряжение от пика до пика , порожденный угловым спектром OФ.А. субстрат, β константа связи на основе показателя преломления призмы и иммерсионного масла, α является коэффициент затухания, и является фактором , который включает в себя толщину и показатель преломления пленки образца в пределах исчезающего поля. Чувствительность этого метода для толщины и показателя преломления обусловлен точности оценки от пика до пика акустических интенсивности сигнала, р и р 0 при каждом угле падения в угловом спектре. Было показано , что β может быть непосредственно вычислен на основе показателей преломления призмы и иммерсионного масла; следовательно, это простая задача для расчета оптической передачи при каждом угле падения и затем извлечь оценку для показателя преломления и толщины пленки на основе статистического анализа подгонки кривой. Заинтересованный читатель должен обратиться к Гольдшмидт и др. Для получения дополнительной информации. 5,6

Tон EFPA система представляет собой систему на основе фотоакустическая способна оценить толщину, тонкий показатель преломления пленки, навальный показателя преломления и генерации акустических сигналов через оптического поглощения для обнаружения. Система состоит из лазера, оптический поезд, чтобы направлять свет призмы / образца и в сторону измерения энергии лазерного излучения. Сторона измерения лазерная энергия используется для нормализации ФА - сигнала к падающей энергии лазера , как показано на рисунке 2. Система EFPA управляется водителем шагового двигателя для вращения призмы / образец для угловых спектров в PAS / TIRPAS рефрактометрии и OTPAS , Система получает данные через цифровую карту сбора и предоставляет пользовательский интерфейс и автоматизированного управления стадии через в домашней программе.

Протокол

1. Настройка системы

  1. Используйте цианакрилатного эпоксидный прилипать диаметром 9 мм, 1 мм толщиной красный латексный резиновый цилиндр на передней поверхности одного 10 МГц ультразвуковой преобразователь и использовать цианакрилатного эпоксидный прилипать диаметром 9 мм, толщиной 1 мм, красный латексный резиновый цилиндр толщиной до 6 мм, акриловый блок, который затем эпоксидной смолой таким же образом к опорному ультразвукового преобразователя, чтобы действовать в качестве акустического спейсером.
  2. Установите оптический поезд, который имеет расширитель луча попадания лазера в первую очередь. Затем поместите вручную регулируемой диафрагмы второй. Наконец использовать поляризационный расщепитель лучей куба в качестве третьего элемента и поместить ультразвуковой датчик не в держатель призмы EFPA и датчик в держатель призмы EFPA на каждом выходе неполяризующих расщепитель луча.
    Примечание: поляризационный расщепитель луча куб используется для обеспечения чистой, одиночную поляризацию для возбуждения, так как это имеет решающее значение для правильного функционирования всех методов EFPA.
  3. Разверните ИсходящИНГ лазерного луча с помощью линзы для создания расширитель луча, по меньшей мере, 3 раза с Q-Switched Nd: YAG лазер.
    Примечание: Луч намеренно негабаритные по сравнению с латексной резины абсорбером на преобразователе образца в целях обеспечения нормальной работы датчика несмотря лазерного света уходят из-за преломления через призму при различных углах падения.
  4. Совместите оптический поезд и держатель призмы EFPA таким образом, что плоская сторона горы возле призмы будет установлен под углом 0 °, используя цифровой уровень. Это гарантирует правильную начальную точку для углового спектра данных, которые будут собраны в ходе экспериментов.
  5. Подключение питания и внешних устройств, таких как осциллограф, шагового двигателя драйвер на компьютер, ультразвуковых датчиков и сценических двигателей XY. Физически подключить датчик не в призме EFPA крепление к ch0 и физически подключить датчик в призме EFPA крепление к Ch1 через 50 Ом BNC кабели. Программное обеспечение предварительно запрограммирован распознаватьcoustic сигналы от этих конкретных каналов.

2. EFPA Инициализация системы и оптической регулировки

  1. Ручная регулировка диафрагмы регулируемое, чтобы блокировать луч диаметром 1 мм.
  2. Запустите программное обеспечение для программирования (например, LabVIEW), установите угол до 70 ° при нажатии зеленой кнопки "Move" , чтобы переместить крепление на угол , необходимый для возбуждения 70 ° на границе раздела призмы / образца.
  3. Используя соответствующие очки лазерной безопасности (OD 7+ при 532 нм), смотреть в призму со стороны, перпендикулярной оси лазерного луча и вручную переместить сцену в X и Y осей с помощью ручного колеса до 1 мм лазерное пятно не является флуоресцентно видимым на каучукового латекса. Убедитесь в том, что пучок сосредоточен на латексе.
  4. Разверните регулируемой вручную диафрагму до максимального открытия и посмотреть на запущенной передней панели программы, чтобы обеспечить как энергия лазера измерения ФА-сигнала от призмы горе EFPA (красный лINE) и фотоакустическая сигнал от бокового лазерного измерения энергии (белая линия) открыты и имеют примерно одинаковую амплитуду.
  5. Остановите программу, нажав на кнопку "STOP".
    Примечание: Если кнопка не нажата призмы должны быть сброшено вручную, прежде чем продолжить тестирование. После того, как протокол инициализации завершен, TIRPAS, PAS / TIRPAS рефрактометрии или OTPAS могут быть выполнены.

3. TIRPAS Техника

  1. Поместите призму в пластиковой призмы Переходник крепления , как показано на рисунке 3. Затем поместите 2,5 мкл индекса иммерсионного масла , согласованный с типом призмы , используемой в направлении центра призмы и многослойный масло, помещая подложку поверх масляный слой.
  2. Поместите 25 мкл образца на латексного каучука , соединенного с преобразователем в EFPA креплении датчика , как показано на рисунке 3 , таким образом , что он покрывает всю поверхность без образования пузырьков. Образец можетбыть любой оптически поглощающий материал, такой как раствор красителя, биологической жидкости или анализируемого вещества суспендируют в растворе. Ни одна подготовка образца не требуется. Сжать призма крепление и затянуть крепление вместе с крепежными винтами с установленным крутящим моментом 16,75 г / мм для каждого винта.
  3. Выберите вкладку "Настройка" и выберите "Настройка" на раскрывающемся меню.
  4. Запуск программы под названием OTPAS тонкая пленка analyzer_USB-5133.vi (Дополнительный файл).
  5. Просмотр акустического сигнала , генерируемого в образце , как показано на рисунке 4.
    Примечание: Угол падения может быть изменен для управления оптической глубины проникновения исчезающего поля для наблюдения тоньше или толще оптических участках образца.

4. PAS / TIRPAS Рефрактометрии

  1. Поместите призму в пластиковой призмы Адаптер для установки , как показано на рисунке 3. Затем поместите 2,5 мкл индекса иммерсионного масла подобрана к типу призмы , используемой, на йе центр призмы и многослойный масло, помещая подложку поверх слоя масла.
  2. Поместите 25 мкл образца на резиновой части , соединенного с преобразователем в EFPA креплении датчика , как показано на рисунке 3. Сжать призма крепление и затянуть крепление вместе с крепежными винтами с установленным крутящим моментом 16,75 г / мм для каждого винта.
  3. Выберите вкладку "Угловой спектр" и выберите "Угловой спектр" в раскрывающемся меню. Далее, введите соответствующие параметры в программе , как показано в таблице 1.
  4. Запустите программу и подождите, пока угловой спектр не был завершен и программа закончилась.
  5. Щелкните правой кнопкой мыши на угловой графе спектра и выберите "данные Экспорт → Экспорт в Excel", чтобы сохранить данные и открыть файл в формате CSV.
    1. Открыть данные в программе построения графиков (например, Kaleidagraph), а также выполнять численное производную на нем , нажав на "Макросы" и выбрав & #34; Производная ". Введите соответствующий столбцы взять производную от и нажмите" Хорошо "и численное производная будет вычислена.
    2. Graph числовой производной от угла и выберите "Curve" подгонку. Выберите "Smooth" вариант 5,18,98 и установите флажок данных под "кривой подгонки выборов" , чтобы соответствовать , чтобы сгладить шум от данных. Выберите стрелку вниз под "View" и выберите "Копировать кривую размеру окна данных" для извлечения соответствующей кривой данных в другой колонке.
  6. поиск вручную с помощью подбора кривой, чтобы найти локальный минимум и соответствующий угол падения, который указывает на переход от PAS к режимам TIRPAS. Этот минимум соответствует измеренному критическому углу, как показано на рисунке 5. Используя уравнение п = п образец призма грех ф C, вычислить объемный показатель преломления неизвестного образца на волнедлина используется для лазерного допроса. Типичные результаты приведены в таблице 1.

5. OTPAS

  1. Поместите 2,5 мкл иммерсионного масла (индекс согласован с типом используемого стекла) на центр призмы.
  2. Поместите пленку или подложку для тестирования пленки стороной вверх (от призмы) и убедитесь, что не образуются пузырьки в процессе размещения.
    Примечание: Если пузырьки образуют, удалить образец пленки или подложки и повторить попытку применения.
  3. Поместите 25 мкл иммерсионного масла на латексную резину, так что масло покрывает погружения вся поверхность без образования пузырьков.
  4. Сжать слои подложки / пленки , как показано на рисунке 3. Затяните крепежные винты с установленным крутящим моментом 16,75 г / мм , которые должны быть одинаковыми для каждого винта.
    Примечание: Динамометрический ключ в протоколе в oz.-in., поэтому 16,75 г / мм ~ 15 oz.-in.
  5. Выберите вкладку "Угловой спектр" и выберите "Угловой спектр" на ниспадающего мужчини. Далее, введите соответствующие параметры в программе , как показано в таблице 3.
  6. Запустите программу и подождите, пока угловой спектр не был завершен и программа закончилась.
  7. Перезапустите тест, выполнив шаги 5.1-5.6 с использованием подложки или пленки ( в зависимости от того , не было сделано ранее) , как показано на рисунке 6.
  8. Выберите "подгонка кривой" в раскрывающемся списке и выберите вкладку "подгонки кривой". Затем введите соответствующие параметры , как показано в таблице 5. Выберите сканирование пленки под «образец». Выберите сканирование подложки под "Подложка".
  9. Входной коэффициент преломления, поляризации и другие параметры для сканирования ранее была выполнена с шагом 5.1-5.6 , как показано в таблице 4.
  10. Запустите программу, выбрав "подгонка кривой" в раскрывающемся списке и выберите вкладку "подгонка кривой". Отметим, показатель преломления и толщину под4;. Пленка RI "и" Толщина пленки " , показанной в верхнем правом углу графического пользовательского интерфейса программы Типичные данные представлены на рисунке 7.
  11. Используйте "Fit Пакетный" вариант, чтобы соответствовать многим сканирование сразу же путем ввода числа сканирований пакетной форме и выбора файла в формате CSV для вывода данных на и повторите шаг 5.10.
    Примечание: После того, как программа запущена она будет соответствовать каждый набор данных и вывода всех показателей преломления, толщина и остаточных значений в формате CSV. Для того , чтобы это работало, то сканирование должно быть в численном списке , таких как scan_001.csv, 002.csv сканирования и т.д.

Результаты

Результаты Было показано , что для TIRPAS, ПАС / TIRPAS рефрактометрии и OTPAS , которые являются subtechniques внутри EFPA платформы. На рисунке 4 показана репрезентативная TIRPAS акустической волны , генерированной из абсорбирующей образца. Биполярная природа акустической волны характерна техники TIRPAS и указывает на то, что TIRPAS происходит. Это биполярный ток возникает из-за акустического отражения на границе раздела между образцом и стеклянной подложке из-за большой разницы в акустическом импедансе. Для PAS / TIRPAS рефрактометрии рисунке 5 и в таблице 1 был получен. На рисунке 5 показан угловой спектр и числовой производной , полученной для образца проходит испытания для оценки объемной показатель преломления. В таблице 1 показаны результаты с помощью ПАС / TIRPAS рефрактометрии , чтобы оценить основная часть показателя преломления смеси воды / ПЭГ / Прямой красный краситель в качестве комкрасный с объемной оценки показателя преломления с использованием стандартного ручного рефрактометра. И, наконец, результаты OTPAS показаны на рисунке 7 и в таблице 2. На рисунке 7 показаны две фигуры угловых сканирования, которые принимаются во время OTPAS. В таблице 2 показано сравнение между OTPAS и спектроскопического эллипсометрии тех же самых тонких пленочных образцов.

figure-results-1
Рисунок 1. Subtechnologies из EFPA. EFPA в настоящее время состоит из трех различных суб-технологий. Эти технологии TIRPAS, PAS / TIRPAS рефрактометрии и OTPAS. Каждый метод может оценивать материалы по извлечению или определять различные свойства. TIRPAS обнаруживает материалы на основе их оптического поглощения для целей биодат-, PAS / TIRPAS рефрактометрия оценивает объемный показатель преломления, и OTPAS оценивает тонкопленочный показатель преломления А.Н.d толщина. В TIRPAS, свет за пределы критического угла ф C создает мимолетную поле , которое может генерировать акустическую волну при взаимодействии с оптическим поглотителем. В PAS / TIRPAS рефрактометрии, оба TIRPAS и PAS формы сигналов получаются из обоих затухающего поля фотоакустическом возбуждения и традиционного фотоакустическом возбуждения. Построив эти два режима на угловом графике спектра, переходный угол можно наблюдать, которые затем могут быть использованы для получения показателя преломления. И, наконец, в OTPAS, спектр акустических сигналов получены с лазерным излучением за пределами критического угла ф C и для тонкой пленки на подложке и голой подложкой. Применяя нелинейную аппроксимирующей кривую алгоритма к данным, тонкая толщина пленки и показатель преломления может быть получена. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-2
. Рисунок 2. EFPA схематичное / фото слева: Чтобы настроить EFPA лазерный луч должен быть расширен , чтобы переполнить чувствительную область покрыта латексной резины. Луч сначала должен быть под углом 45 градусов по отношению к призме, как показано на рисунке. Справа:. Фотография установки показывает оптический поезд Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-3
Рисунок 3. загрузки образца. Образцы загружаются с призмой для изготовления оптических контакт через иммерсионного масла на подложку. В TIRPAS или PAS / TIRPAS рефрактометрии, прямой контакт с жидкостью достигается с пробой на подложке для тестирования. В OTPAS, оптической связью беспересадочныйУф дополнительное погружение масла между подложкой и красной латексной резины позволяет оптического туннелирования произойти. Оправа затем прижимают друг к другу , используя динамометрический ключ и крепежные винты. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-4
Рисунок 4. TIRPAS типичные данные. TIRPAS формы волны обычно имеют биполярный вид акустического сигнала , который является характерным для метода TIRPAS. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-5
Рисунок 5. PAS / TIRPAS типичные данные. </ Сильный> Слева: Угловые данные спектра, который получается путем облучения образца при различных углах падения. Справа: Численное производная левого рисунка, вскрывается локальные минимумы, указывающего переход от PAS к режимам TIRPAS, что в свою очередь соответствует положению критического угла. Печатается с разрешения. 18 Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-6
Рисунок 6. блок - схема программы. Программа выполняется в течение нескольких итерационных шагов. Призма крепление устанавливается на ноль градусов, а затем параметры выбираются перед запуском программы. Затем программа выполняется, чтобы приобрести угловой спектр как подложку и пленку. Наконец, кривая подходит к данным для оценки индекса и толщины пленки преломления, Печатается с разрешения. 6 Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-7
. Рисунок 7. OTPAS типичные данные Слева: На этом рисунке показаны угловые сканы спектре MgF 2 пленки и подложки N-BK7 соответственно. Справа: Разделив пленки углового сканирования спектра MgF 2 путем сканирования подложки N-BK7 и умножения на постоянный коэффициент бета, степень оптического туннелирования (%) в зависимости от угла падения может быть получено, что позволяет для оценки показателя преломления индекс и толщина тонкой пленки. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

PAS / TIRPAS Пример 1 Пример 2 Пример 3 Пример 4 Пример 5 Atago R-5000
Прямой красный / PEG
125 мкг / мл 		1,395 1,395 1,395 1,395 1,395 1.395-1.397
Прямой красный / PEG
250 мкг / мл 		1,39 1,39 1,39 1,39 1,39 1.390-1.396
Прямой красный / PEG
500 мкг / мл 		1,388 1,389 1,389 1,389 1,389 1.381-1.395
Прямой красный / PEG
750 мкг / мл 		1,382 1,382 1,387 1,387 1,387 1.372-1.395
Миоглобин
460 мкг / мл 		1,33 1,329 1.331 1,33 1.331 1,335

Таблица 1. Результаты PAS / TIRPAS. В приведенной ниже таблице приведены типичные результаты для прямого красного красителя с 50% PEG смешивают , чтобы повысить показатель преломления. Печатается с разрешения. 18

тип испытаний Техника пленочного типа Показатель преломления Толщина (нм)
Intrasample OTPAS MgF 2 200 нм 1,384 ± 0,004 203 ± 6
Intrasample Значение круговойsometry MgF 2 200 нм 1,393 ± 0,001 192,4 ± 1,1
межвыборочная OTPAS MgF 2 200 нм 1,395 ± 0,011 220 ± 19
межвыборочная Эллипсометрия MgF 2 200 нм 1,392 ± 0,002 195,2 ± 1,8

Таблица 2. OTPAS результаты. В приведенной ниже таблице приведены типичные результаты для 200 нм MGF 2 тонких пленок в OTPAS против спектроскопического эллипсометрии. Intrasample относится к тестированию одного фильма в десять раз, в то время как межвыборочная относится к тестированию десять фильмов независимо друг от друга. Печатается с разрешения. 6

# Средних 1 Начальный угол 60 Разминка (мин) 0 Показатель преломления (призмы) 1,519
# сканы 1 Размер шага 0,1 Сохранить "Yourfilename" .csv Microstep # 10
Набор Q-переключатель 275 угол Стоп 80 Лазерная выберите Surelite Скорость (оборотов в минуту) 500
Допуск ошибки (%) 5 запуск лазера на Фильтр низких частот (прогОЗУ) 1,00 х 10 7 Ускорение (RPS) 200

Таблица 3. Угловые параметры спектра для PAS / TIRPAS рефрактометрии. В следующей таблице приведены параметры , необходимые для углового спектра в PAS / TIRPAS рефрактометрии.

# Средних 64 Начальный угол 70 Разминка (мин) 1 Показатель преломления (призмы) 1,519
# сканы 1 Размер шага 0,1 Сохранить "Yourfilename &# 8221; .csv Microstep # 10
Набор Q-переключатель 275 угол Стоп 72 Лазерная выберите Surelite Скорость (оборотов в минуту) 500
Допуск ошибки (%) 5 запуск лазера на Фильтр низких частот (программа) 1,00 х 10 7 Ускорение (RPS) 200

Таблица 4. Угловые параметры спектра для OTPAS. В следующей таблице приведены параметры , необходимые для углового спектра в OTPAS.

Нижний показатель преломления 1 Толерантность 1,00 × 10 -12 Coupler RI 1,519 данные основания Выберите yourfilename.csv
Уменьшение толщины 0 нм Преломлени догадка 1.3 длина волны 532 нм Несколько файлов сохранить Выберите yourfilename.csv
Верхняя толщина 1000 нм Толщина догадка 200 нм поляризация P поляризованный Сколько файлов # Файлов, которые вы хотите, чтобы соответствовать
Max итерация 5000 подложкаРод-Айленд 1,519 данные пленки Выберите yourfilename.csv Тип посадки Single подходят / партия подходит

Таблица 5. Кривая подгоночных параметров. В следующей таблице приведены параметры подгонки кривой , необходимые для оценки правильного параметра.

Дополнительный код файла:. OTPAS тонкопленочный analyzer_USB-5133.vi Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы загрузить этот файл.

Обсуждение

Использование устройств для определения характеристик материалов на наноуровне, несомненно, будет продолжаться и в далеком будущем, чтобы производить новые материалы и комбинации материалов для решения сложных и дорогостоящих социальных проблем. Многие методы, такие как эллипсометрия, атомно-силовая микроскопия (АСМ) и традиционная фотоакустика, в настоящее время используются для оценки свойств материалов на наноуровне, несмотря на присущие им ограничения из-за небольшого количества альтернатив. EFPA представляет собой многообещающий набор методов, которые могут выйти за рамки типичных ограничений фотоакустического эффекта и предоставить единый инструмент для определения характеристик материалов в наномасштабе.

Описанный в настоящем документе протокол и связанные с ним вспомогательные методы позволяют оценивать как объемные, так и тонкопленочные показатели преломления материала, толщину пленки, а также обладают возможностями детектирования для различных применений биозондирования. Преимущество OTPAS заключается в том, что он может оценить толщину и показатель преломления пленок нанометрового масштаба, несмотря на то, что сами пленки не содержат поглощающей пигментации. EFPA как консолидированный набор методов имеет ряд преимуществ перед такими методами, как эллипсометрия, атомно-силовая микроскопия и традиционный фотоакустический эффект. Первое преимущество заключается в том, что EFPA сравнительно недорогая в настройке. Типичная установка EFPA может оценить показатель преломления как объема, так и поверхности, может оценить толщину и может зондировать поглощающие материалы, и ее настройка будет стоить около 5000 долларов. Для сравнения, установки AFM стоят около 50 000 долларов и не могут оценить оптические свойства. Во-вторых, EFPA может оценить эти свойства в течение нескольких минут без сложного взаимодействия, например, в эллипсометрии, где ошибка входного параметра может привести к различиям в результатах. Наконец, EFPA, по сравнению с традиционным фотоакустическим эффектом, имеет осевое разрешение в 100 раз меньше, так как он может оценить толщину пленки размером 200нм6 , в то время как традиционный фотоакустический эффект ограничен 7500 нанометрами при использовании аналогичных лазеров и установки82. Удобно то, что почти каждый материал обладает независимыми и различными свойствами поверхности и объемного показателя преломления, а также поглощающими свойствами, которые в совокупности создают функциональные различия при их использовании в оптических исследовательских системах.

Важнейшие шаги в рамках протокола сводятся к трем основным соображениям. Во-первых, оптическая связь образца, будь то жидкость или пленка, имеет решающее значение для получения надежных и воспроизводимых результатов. Пузырьки воздуха в иммерсионном масле или образце приведут к неточным характеристикам толщины, показателя преломления, а в некоторых случаях к полному отсутствию чувствительности преобразователя к возбуждаемому образцу из-за неспособности ультразвука адекватно проходить через границу раздела жидкость/воздух из-за сильно различающихся значений акустического импеданса. Во-вторых, что касается OTPAS, образцы, которые имеют однородную толщину в области, облучаемой лазерным лучом, чтобы обеспечить стабильные значения толщины во время сканирования, поскольку до сих пор EFPA не может определить разницу толщин в области возбуждения. Наконец, опять же, в отношении OTPAS, образец пленки должен быть прозрачным для используемой длины волны. Это фундаментальное допущение, сделанное в математических уравнениях, описывающих, как OTPAS находит значения толщины и показателя преломления. Если поглощение настолько значительно, что пленка поглощает более 1% падающего света, то характеристики не будут соответствовать реальной толщине и значениям показателя преломления пленки.

Модификации метода EFPA могут быть выполнены с относительной легкостью, а другие типы компонентов могут быть заменены для более эффективного сканирования или функциональности. Единственными основными вопросами, которые необходимо решить при построении системы EFPA, являются следующие. Во-первых, крайне важно иметь метод автоматического вращения призматической монтировки и приема акустических сигналов с небольшим (0,05 градуса) шагом. Во-вторых, наличие наносекундной ширины импульса или более короткую лазерную систему для возбуждения образцов с помощью фотоакустического эффекта. В-третьих, наличие графического пользовательского интерфейса или программы для сбора данных для выполнения математической аппроксимации кривых и численных производных для оценки толщины и объемного/тонкопленочного показателя преломления.

Существует три фундаментальных ограничения EFPA. Во-первых, для того, чтобы найти объемный показатель преломления, тонкопленочный показатель преломления, толщину или обнаружить материалы с помощью TIRPAS, образец должен иметь показатель преломления, который меньше, чем у призмы или подложки, с которыми он контактирует, чтобы могло произойти полное внутреннее отражение, которое является основой всех трех этих методов. Второе ограничение заключается в том, что EFPA в настоящее время требует физического контакта для оценки толщины, показателя преломления и обнаружения свойств. Последнее ограничение заключается в том, что OTPAS, подметод EFPA, в настоящее время требует оптически прозрачных материалов для оценки толщины и показателя преломления исследуемой тонкой пленки.

Этот тип консолидированного инструмента может найти множество применений в средах определения характеристик, включая исследовательские керны и промышленные среды. Будущая работа по методам EFPA сосредоточена на повышении точности показателя преломления за счет усовершенствования контрольно-измерительных приборов и трансляционных/вращательных каскадов. Дополнительные достижения будут сосредоточены на улучшении соотношения сигнал/шум для обнаружения небольших количеств поглощающих материалов, чтобы охарактеризовать слабопоглощающие материалы, которые чаще всего встречаются в биологических системах.

Раскрытие информации

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.

Благодарности

Этот проект финансируется Национальным научным фондом Brige Award (1221019).

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Плоская выпуклая линза 100 ммThorlabsLA1509Плоская выпуклая линза для расширителя
луча-30 мм плоская вогнутая линзаThorlabsLC2679Плоская вогнутая линза для расширителя луча
10 МГц Ультразвуковые преобразователиHarisonicI31006TУльтразвуковые датчики, используемые для фотоакустического детектирования, как для измерения лазерной энергии, так и для крепления OTPAS
Иммерсионное масло типа ACargille16482Индекс 1,519 в соответствии с индексом подложек NBK-7
Лист натурального латексного каучука (красный)McMastercarr86085K11Индекс ~1,519 в соответствии с индексом иммерсионной жидкости типа А в качестве оптического поглотителя для измерения оптического туннелирования и лазерной энергии
Лазерные очкиVERE53Используются для защиты глаз от лазерного излучения
Устанавливаемый в клетку неполяризационный светоделитель кубThorlabsCM1-BS013Разделенный лазерный свет, чтобы можно было измерить одну половину, а другую половину использовать для возбуждения Куб
поляризационного светоделителя, установленный в клеткеThorlabsCM1-PBS251Обеспечение поляризации света перед использованием в экспериментах по оптическому туннелированию
Градуированная кольцевая ирисовая диафрагмаThorlabsSM1D12CСокращение луча до меньшего размера для юстировки
Картасбора данныхNational InstrumentsUSB-5133USB-осциллограф для сбора данных
Драйвер шагового двигателяNational InstrumentsMID-7604Драйвер шагового двигателя для привода шаговых двигателей для угловых спектров
Sherline XY stage (14")Sherline5600-CNC/5610-CNCSherline XY столик
4-кулачковый самоцентрирующийся патронSherline1076/1034Вращающаяся насадка Sherline
Прямоугольная насадкаSherline3701Прямая угловая насадка для крепления вращающегося крепления
Поворотный стол с ЧПУSherline8730Поворотный стол для удержания призмы/образца OTPAS
Лазерная система Surelite I-20ContinuumI-20Q-switched Nd:YAG лазер для возбуждения образцов
NBK-7 призмаThorlabsPS911Прямоугольная призма для EFPA
Регулируемый динамометрический ключTohnichiRTD40ZРегулируемый динамометрический ключ для одинаковой затяжки крепления EFPA для каждой техники до 16,75 г/мм
Цифровой уровеньMicromark 84519Цифровой уровень для обеспечения EFPA держателя призмы в начале 0 градусов.
,

Ссылки

  1. Byrappa, K., Kumar, B. V. S. Characterization of zeolites by infrared spectroscopy. Asian J Chem. 19 (6), 4933-4935 (2007).
  2. Coquil, T., Richman, E. K., Hutchinson, N. J., Tolbert, S. H., Pilon, L. Thermal conductivity of cubic and hexagonal mesoporous silica thin films. J Appl Phys. 106 (3), 034910(2009).
  3. Courjon, D. Near-Field Microscopy and Near-Field Optics. , Imperial College Press. (2003).
  4. Dultsev, F. N. Investigation of the microporous structure of porous layers using ellipsometric adsorption porometry. Thin Solid Films. 458 (1-2), 137-142 (2004).
  5. Goldschmidt, B. S. Photoacoustic Evaluation of Surfaces via Pulsed Evanescent Field Interaction. , University of Missouri. Doctor of Philosophy thesis (2014).
  6. Goldschmidt, B. S., et al. Characterization of MgF2 thin films using optical tunneling photoacoustic spectroscopy. Opt Laser Technol. 73, 146-155 (2015).
  7. Junno, T., Anand, S., Deppert, K., Montelius, L., Samuelson, L. Contact mode atomic force microscopy imaging of nanometer-sized particles. Appl Phys Lett. 66 (24), 3295(1995).
  8. Kang, T., Oh, S., Hong, S., Moon, J., Yi, J. Mesoporous silica thin films as a spatially extended probe of interfacial electric fields for amplified signal transduction in surface plasmon resonance spectroscopy. Chem Commun. (28), 2998-3000 (2006).
  9. Kresge, C. T., Leonowicz, M. E., Roth, W. J., Vartuli, J. C., Beck, J. S. Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanism. Nature. 359 (6397), 710-712 (1992).
  10. Lew, C. M., Cai, R., Yan, Y. Zeolite Thin Films: From Computer Chips to Space Stations. Acc Chem Res. 43 (2), 210-219 (2010).
  11. Marchand, D. J., Hsiao, E., Kim, S. H. Non-contact AFM imaging in water using electrically driven cantilever vibration. Langmuir. 29 (22), 6762-6769 (2013).
  12. Yamada, T., et al. Surface Photovoltage NO Gas Sensor with Properties Dependent on the Structure of the Self-Ordered Mesoporous Silicate Film. Adv Mater. 14 (11), 812-815 (2002).
  13. Harrick, N. J. Internal Reflection Spectroscopy. Harrick Scientific Corporation. , (1987).
  14. Splinter, R., Hooper, B. A. An Introduction to Biomedical Optics (Optics and Optoelectronics). , Taylor and Francis, Inc. (2006).
  15. Sathiyamoorthy, K., Joseph, J., Hon, C. J., Matham, M. V. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 8001, Braga. (2011).
  16. Hernandez, C. M., Murray, T. W., Krishnaswamy, S. Photoacoustic characterization of the mechanical properties of thin films. Appl Phys Lett. 80 (4), 691(2002).
  17. Veldhuis, G. J., Parriaux, O., Hoekstra, H. J. W. M., Lambeck, P. V. Sensitivity enhancement in evanescent optical waveguide sensors. J Lightwave Technol. 18 (5), 677-682 (2000).
  18. Goldschmidt, B. S., et al. Photoacoustic measurement of refractive index of dye solutions and myoglobin for biosensing applications. Biomed Opt Express. 4 (11), 2463-2476 (2013).
  19. Hansma, P. K., et al. Tapping mode atomic force microscopy in liquids. Appl Phys Lett. 64 (13), 1738(1994).
  20. Shen, Y. C., Zhang, S. Y., Jiang, Y. S., Zhu, R., Wei, Y. Angular resonance absorption spectra of Langmuir-Blodgett films studied by the photoacoustic technique. Thin Solid Films. 248 (1), 36-40 (1994).
  21. Inagaki, T., Motosuga, M., Arakawa, E. T., Goudonnet, J. P. Coupled surface plasmons in periodically corrugated thin silver films. Phys Rev B Condens Matter. 32 (10), 6238-6245 (1985).
  22. Negm, S., Talaat, H. Effect of intrinsic surface roughness and other decay processes on surface plasmon polariton resonance halfwidth. Ultrasonics Symposium. 1, 509-514 (1992).
  23. Hinoue, T., Murata, H., Kawabe, M., Yokoyama, Y. Effects of thermal diffusion and solvent materials on photoacoustic signals in total internal reflection technique. Anal Sci. 2 (5), 407-410 (1986).
  24. Xu, M., Zhang, S., Inagaki, T. Investigation of optical resonance absorption on bigratings by photoacoustic angular spectroscopy. Shengxue Xuebao/Acta Acustica. 25 (5), 440-444 (2000).
  25. Hinoue, T., Kawabe, M., Yokoyama, Y. Measurement of concentration profile of dye at glass-solution interface by photoacoustic spectrometry coupled with total internal reflection technique. Bull Chem Soc Jpn. 60 (10), 3811-3813 (1987).
  26. Iwasaki, T., Sawada, T., Kamada, H., Fujishima, A., Honda, K. Observation of semiconductor electrode-dye solution interface by means of fluorescence and laser-induced photoacoustic spectroscopy. J Phys Chem. 83 (16), 2142-2145 (1979).
  27. Rothenhausler, B., Rabe, J., Korpiun, P., Knoll, W. On the decay of plasmon surface polaritons at smooth and rough Ag-air interfaces: A reflectance and photo-acoustic study. Surf Sci. 137 (1), 373-383 (1984).
  28. Jiang, Y., Zhang, S., Shao, H., Yuan, C. Optical properties of Langmuir-Blodgett films investigated by a photoacoustic technique. Appl Opt. 34 (1), 169-173 (1995).
  29. Inagaki, T., Goudonnet, J. P., Royer, P., Arakawa, E. T. Optical properties of silver island films in the attenuated-total-reflection geometry. Appl Opt. 25 (20), 3635-3639 (1986).
  30. Talaat, H., Bucaro, J. A., Huang, W., Macdiarmid, A. G. Photoacoustic detection of plasmon surface polaritons in heavily doped polyacetylene films. Synth Met. 10 (4), 245-253 (1985).
  31. Jung, C. S., Park, G., Kim, Y. D. Photoacoustic determination of field enhancement at a silver surface arising from resonant surface plasmon excitation. Appl Phys Lett. 47 (11), 1165-1167 (1985).
  32. Inagaki, T., Nakagawa, Y., Arakawa, E. T., Aas, D. J. Photoacoustic determination of radiative quantum efficiency of surface plasmons in silver films. Phys Rev B. 26 (12), 6421-6430 (1982).
  33. Hinoue, T., Shimahara, Y., Yokoyama, Y. Photoacoustic observation of solid-liquid interface by means of total internal reflection technique. Chem Lett. 12 (2), 225-228 (1983).
  34. Hinoue, T., Shimahara, Y., Murata, H., Yokoyama, Y. Photoacoustic spectrometry by total internal reflection technique: Dependence of photoacoustic signal intensity on concentration and optical path. Bunseki kagaku. 33 (11), E459-E466 (1984).
  35. Hinoue, T., Murata, H., Yokoyama, Y. Photoacoustic spectrometry coupled with total internal reflection technique : Theory and experiment. Anal Sci. 2 (5), 401-406 (1986).
  36. Inagaki, T., Kagami, K., Arakawa, E. T. Photoacoustic study of surface plasmons in metals. Appl Opt. 21 (5), 949-954 (1982).
  37. Negm, S., Talaat, H., Pelzl, J. Proceedings of the IEEE Ultrasonics Symposium. 2, IEEE. Piscataway, NJ, United States, Baltimore, MD, USA. 1259-1261 (1993).
  38. Talaat, H., Dardy, H. D. Ultrasonics Symposium Proceedings. 2, IEEE. New York, NY, USA, Atlanta, Ga, USA. 700-703 (1983).
  39. Royer, P., Goudonnet, J. P., Inagaki, T., Chabrier, G., Arakawa, E. T. Photoacoustic study of the optical absorption of oblate silver spheroids in attenuated-total-reflection geometry. Physica Status Solidi (a). 105 (2), 617-625 (1988).
  40. Abdallah, T., Negm, S., Talaat, H. Photoacoustic surface plasmon for the detection of nicotine. Egypt J Solids. 25 (2), 181-189 (2002).
  41. Negm, S., Talaat, H. Radiative and non-radiative decay of surface plasmons in thin metal films. Solid State Commun. 84 (1-2), 133-137 (1992).
  42. Negm, S., Talaat, H. Surface plasmon resonance halfwidths as measured using attenuated total reflection, forward scattering and photoacoustics. J Phys: Condens Matter. 1 (50), 10201-10205 (1989).
  43. Muessig, P. R., Diebold, G. J. Total internal reflectance optoacoustic spectroscopy. J Appl Phys. 54 (8), 4251(1983).
  44. Sudduth, A. S. M., Goldschmidt, B. S., Samson, E. B., Whiteside, P. J. D., Viator, J. A. Total internal reflection photoacoustic detection spectroscopy. Progress in Biomedical Optics and Imaging. 7899, 78993E-78993E-78998(2011).
  45. Goldschmidt, B. S., et al. Total internal reflection photoacoustic spectroscopy for the detection of beta-hematin. J Biomed Opt. 17 (6), 061212(2012).
  46. Hinoue, T., Imamura, G., Yokoyama, Y. Study of the Adsorption Layer at the Glass-Dye Solution Interface by Variable Incidence-Angle Internal-Reflection Spectrometry. Bull Chem Soc Jpn. 66 (12), 3680-3685 (1993).
  47. Hinoue, T., Kawabe, M., Doi, S., Yokoyama, Y. Photoacoustic estimation of reflectivities at solid-liquid interfaces by using total internal reflection technique. Hyomen Kagaku. 10 (2), 129-134 (1989).
  48. Hinoue, T., Kawabe, M., Yokoyama, Y. Measurement of concentration profile of dye at glass-solution interface by photoacoustic spectrometry coupled with total internal reflection technique. Chem Soc Japan. 60, 3811-3813 (1987).
  49. Hinoue, T., Murata, H., Yokoyama, Y. Photoacoustic spectrometry coupled with total internal reflection technique: theory and experiment. Anal Sci. 2, 401-406 (1986).
  50. Kinney, J. B., Staley, R. H. Applications of photoacoustic spectroscopy. Annu Rev Mater Sci. 12, 295-321 (1982).
  51. McDonald, F. A., Wetsel, G. C. Jr Generalized theory of the photoacoustic effect. J Appl Phys. 49 (4), 2313-2322 (1978).
  52. Rosencwaig, A. Photo-acoustic spectroscopy of solids. Rev Sci Instrum. 48 (9), 1133-1137 (1977).
  53. Jacques, S. L., Palthauf, G., Viator, J. A. Photoacoustic imaging in biological tissues with pulsed lasers. Ann Biomed Eng. 28 (Suppl. 1), S-39(2000).
  54. Xu, M., Wang, L. V. Photoacoustic imaging in biomedicine. Rev Sci Instrum. 77 (4), 041101(2006).
  55. Rosencwaig, A. Photoacoustic spectroscopy. Annu Rev Biophys Bioeng. 9, 31-54 (1980).
  56. Hess, P. Photoacoustic, Photothermal and Photochemical Processes at Surfaces and in Thin Films. , Springer-Verlag. (1989).
  57. Rosencwaig, A. Photoacoustics and Photoacoustic Spectroscopy. , Wiley. (1980).
  58. Rosencwaig, A. Theoretical aspects of photoacoustic spectroscopy. J Appl Phys. 49 (5), 2905-2910 (1978).
  59. Rosencwaig, A., Gersho, A. Theory of the photoacoustic effect with solids. J Appl Phys. 47 (1), 64-69 (1976).
  60. Holan, S. H., Viator, J. A. Automated wavelet denoising of photoacoustic signals for circulating melanoma cell detection and burn image reconstruction. Phys Med Biol. 53 (12), N227-N236 (2008).
  61. Viator, J. A. Characterization of Photoacoustic Sources in Tissue Using Time Domain Measurements. , Oregon Graduate Institute of Science \& Technology. (2000).
  62. Viator, J. A., et al. Clinical testing of a photoacoustic probe for port wine stain depth determination. Lasers Surg Med. 30 (2), 141-148 (2002).
  63. Viator, J. A., et al. A comparative study of photoacoustic and reflectance methods for determination of epidermal melanin content. J Invest Dermatol. 122 (6), 1432-1439 (2004).
  64. Viator, J. A., Jacques, S. L., Prahl, S. A. Depth profiling of absorbing soft materials using photoacoustic methods. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 5 (4), 989-996 (1999).
  65. Weight, R. M., Viator, J. A. Detection of circulating tumor cells by photoacoustic flowmetry. Methods Mol Biol. 1102, 655-663 (2014).
  66. Gutierrez-Juarez, G., et al. Detection of melanoma cells in vitro using an optical detector of photoacoustic waves. Lasers Surg Med. 42 (3), 274-281 (2010).
  67. McCormack, D., Bhattacharyya, K., Kannan, R., Katti, K., Viator, J. A. Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE. 7564, (2010).
  68. McCormack, D., Bhattacharyya, K., Kannan, R., Katti, K. Enhanced photoacoustic detection of melanoma cells using gold nanoparticles. Lasers Surg Med. Viator, J. A. 43 (4), 333-338 (2011).
  69. Hu, S., Maslov, K., Tsytsarev, V., Wang, L. V. Functional transcranial brain imaging by optical-resolution photoacoustic microscopy. J Biomed Opt. 14 (4), 040503-040503-040503(2009).
  70. Viator, J. A., et al. Gold nanoparticle mediated detection of prostate cancer cells using photoacoustic flowmetry with optical reflectance. J Biomed Nanotechnol. 6 (2), 187-191 (2010).
  71. Bhattacharyya, K., et al. Gold Nanoparticle-Mediated Detection of Circulating Cancer Cells. Clin Lab Med. 32 (1), 89-101 (2012).
  72. Galanzha, E. I., Shashkov, E. V., Tuchin, V. V., Zharov, V. P. In vivo multispectral, multiparameter, photoacoustic lymph flow cytometry with natural cell focusing, label-free detection and multicolor nanoparticle probes. Cytometry Part A. 73A (10), 884-894 (2008).
  73. Viator, J. A., Choi, B., Ambrose, M., Spanier, J., Nelson, J. S. In vivo port-wine stain depth determination with a photoacoustic probe. Appl Opt. 42 (16), 3215-3224 (2003).
  74. Wang, L. V. Multiscale photoacoustic microscopy and computed tomography. Nature Photonics. 3 (9), 503-509 (2009).
  75. Rousseau, G., Gauthier, B., Blouin, A., Monchalin, J. P. Non-contact biomedical photoacoustic and ultrasound imaging. J Biomed Opt. 17 (6), 061217-061211-061217-061217(2012).
  76. Hochreiner, A., Bauer-Marschallinger, J., Burgholzer, P., Jakoby, B., Berer, T. Non-contact photoacoustic imaging using a fiber based interferometer with optical amplification. Biomed Opt Exp. 4 (11), 2322-2331 (2013).
  77. Wang, Y., Li, C., Wang, R. K. Noncontact photoacoustic imaging achieved by using a low-coherence interferometer as the acoustic detector. Opt Lett. 36 (20), 3975-3977 (2011).
  78. McCormack, D., et al. Photoacoustic detection of melanoma micrometastasis in sentinel lymph nodes. J Biomech Eng. 131 (7), 074519(2009).
  79. Weight, R. M., Viator, J. A., Dale, P. S., Caldwell, C. W., Lisle, A. E. Photoacoustic detection of metastatic melanoma cells in the human circulatory system. Opt Lett. 31 (20), 2998-3000 (2006).
  80. Swearingen, J. A., Holan, S. H., Feldman, M. M., Viator, J. A. Photoacoustic discrimination of vascular and pigmented lesions using classical and Bayesian methods. J Biomed Opt. 15 (1), (2010).
  81. Talbert, R. J., Holan, S. H., Viator, J. A. Photoacoustic discrimination of viable and thermally coagulated blood using a two-wavelength method for burn injury monitoring. Phys Med Biol. 52 (7), 1815-1829 (2007).
  82. Samson, E. B., et al. Photoacoustic spectroscopy of beta-hematin. Journal of Optics. 14 (6), 065302(2012).
  83. Goudonnet, J. P., Inagaki, T., Arakawa, E. T., Ferrell, T. L. Angular and polarization dependence of surface-enhanced Raman scattering in attenuated-total-reflection geometry. Phys Rev B. 36 (2), 917-921 (1987).
  84. Inagaki, T., Kagami, K., Arakawa, E. T. Photoacoustic observation of nonradiative decay of surface plasmons in silver. Phys Rev B. 24 (6), 3644-3646 (1981).
  85. Ruddy, V., MacCraith, B. D., Murphy, J. A. Evanescent wave absorption spectroscopy using multimode fibers. J Appl Phys. 67 (10), 6070-6074 (1990).
  86. Gupta, B. D., Singh, C. D. Fiber-optic evanescent field absorption sensor: A theoretical evaluation. iber Integr Opt. 13 (4), 433-443 (1994).
  87. Court, I. N., von Willisen, F. K. Frustrated Total Internal Reflection and Application of Its Principle to Laser Cavity Design. Appl Opt. 3 (6), 719-726 (1964).
  88. Suter, J. D., Sun, Y., Howard, D. J., Viator, J. A., Fan, X. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 7056, (2008).
  89. DeGrandpre, M. D., Burgess, L. W. Long path fiber-optic sensor for evanescent field absorbance measurements. Anal Chem. 60 (23), 2582-2586 (1988).
  90. Sun, Y., et al. Optofluidic ring resonator sensors for rapid DNT vapor detection. Analyst. 134 (7), 1386-1391 (2009).
  91. Mukundan, H., et al. Waveguide-Based Biosensors for Pathogen Detection. Sensors. 9 (7), 5783-5809 (2009).
  92. Gohring, J. T., Dale, P. S., Fan, X. Detection of HER2 breast cancer biomarker using the opto-fluidic ring resonator biosensor. Sensors and Actuators B: Chemical. 146 (1), 226-230 (2010).
  93. Sai, V. V. R., et al. Label-free fiber optic biosensor based on evanescent wave absorbance at 280nm. Sensors Actuators B: Chem. 143 (2), 724-730 (2010).
  94. Wang, F., Anderson, M., Bernards, M. T., Hunt, H. K. PEG Functionalization of Whispering Gallery Mode Optical Microresonator Biosensors to Minimize Non-Specific Adsorption during Targeted, Label-Free Sensing. Sensors (Basel). 15 (8), 18040-18060 (2015).
  95. Leung, A., Shankar, P. M., Mutharasan, R. A review of fiber-optic biosensors. Sensors Actuators B: Chem. 125 (2), 688-703 (2007).
  96. Saavedra, S. S., Reichert, W. M. Integrated optical attenuated total reflection spectrometry of aqueous superstrates using prism-coupled polymer waveguides. Anal Chem. 62 (20), 2251-2256 (1990).
  97. Cargille Labs. Cargille Microscope Immersion Oils. , http://www.cargille.com/immeroil.shtml (2015).
  98. Stineman, R. W. A Consistently Well-Behaved Method of Interpolation. Creat. Comp. , 54-57 (1980).

Перепечатки и разрешения

Теги

Evanescent поля на основе фотоакустика: Оптическая Оценка недвижимости на поверхностях
Свяжитесь с нами
Рекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

Авторские права © 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.