Терагерцового Микрофлюидных зондирования с помощью плоского волновода датчика

В этом протоколе используется волновод с параллельной пластиной с канавками для измерения показателя преломления микрофлюидного образца на терагерцовых частотах Сначала проектируют и изготавливают волнововод с канавками для демонстрации резонанса в терагерцовом диапазоне. Затем с помощью терагерцовой спектроскопии во временной области измерьте резонансную частоту волновода. Далее заполните волновод тщательно отмеренным объемом жидкости для образца.

Заключительным этапом является измерение резонансной частоты заполненного волновода. В конечном счете, разность между резонансными частотами для пустого и заполненного волноводов может быть использована для определения показателя преломления образца в терагерцовом диапазоне частот. Как правило, люди, плохо знакомые с этим методом, испытывают трудности из-за очень высокой точности, необходимой для получения воспроизводимых результатов.

Ким наматывает еще одного аспиранта из лаборатории Дэниела Миддлмана, и я сейчас продемонстрируем эту процедуру. Спроектируйте волновод с параллельной пластиной с одной или несколькими встроенными полостями или канавками. Геометрия основывается на параметрах, подробно описанных в сопроводительной рукописи, а также на наших предыдущих публикациях.

Вот несколько общих руководящих принципов. Начните с размера пластины, достаточно широкой, чтобы ее можно было считать бесконечной по сравнению с входной балкой, чтобы обеспечить легкий доступ к канавке. Сделайте нижнюю волноводную пластину значительно шире верхней, чтобы канавка простиралась почти на всю ширину пластины.

Сделайте длину распространения таким образом, чтобы длина волновода в целом была как минимум в три раза длиннее, чем длина канавки и отверстий в нижней пластине имеет резьбу, а отверстия в верхней части — нет. Конструкция канавки будет зависеть от желаемой резонансной частоты, желаемой ширины линии и выбранного расстояния между пластинами, а также от других факторов. Важно учитывать ограничения ваших технологий изготовления очень узких или очень неглубоких канавок для использования в качестве эталона.

Также изготовьте идентичную конструкцию без пазов. Поддерживайте расстояние между пластинами с помощью диэлектрических прокладок, таких как осколки от разбитого микроскопа. Slide Machine изготавливает волновод.

Важно не затуплять края пластин, особенно на входной поверхности. Закругленные края являются стандартной практикой во многих механических цехах по соображениям безопасности, но закругленный край на входной поверхности может исказить сигнал. Начните сборку с конструкции с двумя плоскими поверхностями, перпендикулярными друг другу.

Поместите нижнюю пластину на горизонтальную поверхность и прижмите ее. Заподлицо с вертикальной поверхностью. Вставьте диэлектрические прокладки как можно ближе к отверстиям для винтов.

По два на винт, по одному с каждой стороны. Убедитесь, что винты не загораживают канавку и не выходят за пределы входной поверхности. Осторожно. Поместите верхнюю пластину заподлицо с вертикальной поверхностью и сдвиньте ее вниз, чтобы она села на нижнюю пластину и распорки.

Теперь держите обе пластины заподлицо с вертикальной поверхностью. Вставьте винты, закручивайте их постепенно поочередно. Изучите окончательный волнововод для получения идеально ровной входной поверхности и равномерного расстояния между пластинами.

Начните с настройки аппарата. Если их еще нет, введите четыре линзы на траекторию луча ра герц в конфокальной ориентации. Для того чтобы обеспечить плотную фокусировку в средней точке траектории, разместите в точке фокусировки отверстие в 12 миллиметров.

Апертура должна быть достаточно большой, чтобы блокировать распространение всего излучения, кроме как через волновод. Размер апертуры будет определять размер луча, распространяющегося в волноводе. Используйте надежный держатель для обеспечения повторяемого размещения волновода.

Затем расположите волновод непосредственно за апертурой так, чтобы входная поверхность соприкасалась с апертурой, а ось распространения волновода была как можно ближе к оптической оси. Юстировка здесь заключается в критических отражениях, дисперсии, вариациях в срезе, в резонансных частотах и других проблемах, которые могут возникнуть из-за неправильной юстировки волновода. Теперь поместите держатель шприца так, чтобы кончик шприца был выровнен с канавкой.

Для достижения наилучших результатов используйте разные шприцы для каждого материала, чтобы предотвратить перекрестное загрязнение. Наполните шприц исследуемой жидкостью и устраните любые пузырьки. Также между забегами.

Следуйте процедуре очистки, которая требует предварительного демонтажа волновода. Затем тщательно промойте обе пластины в соответствующем растворителе, чтобы удалить остатки от эксперимента. Высушите сжатым воздухом, соберите волновод, как показано ранее.

Начните с формы опорной волны волновода grod. Форма опорной волны необходима только один раз в несколько часов во время каждого экспериментального сеанса, в зависимости от долгосрочной стабильности времени. Доменный сигнал спектрометра.

Снимите несгруппированный волнововод. Далее поместите в аппарат чистый рифленый волновод. Возьмем форму волны для пустого сгруппированного волновода

Процесс снятия и разборки может привести к очень небольшим изменениям геометрии волновода. Эти изменения будут влиять на абсолютную резонансную частоту пустых и заполненных канавок, но не на наблюдаемый сдвиг. Следовательно, для каждого полного измерения требуется своя пустая ссылка.

Чтобы рассчитать сдвиг Не перемещая волновод, поместите заполненный шприц на место в держателе. Медленно заполните канавку, сохраняя ее. Следите за тем, чтобы наполнитель был хорошим, без пузырьков и перелива.

Возьмем другую форму волны. Если в системе более одной канавки, продолжайте заполнять канавки и брать по мере необходимости. Снимите волновод и очистите его перед сбором следующего набора данных.

В этом примере хорошо изготовленного волновода обратите внимание, что канавка не простирается по всей длине или ширине волновода. После сборки параллельной пластины геометрия волновода подходит для реализации датчика показателя преломления для терагерцовых частот. Для измерения показателя преломления требуется небольшой объем жидкости.

Эти данные показывают типичные частотные спектры и получены в результате анализа тетрадекана. Спектр, полученный из эталонного волновода без желобков, показан черным цветом, измерения рифленого волновода без жидкого заполнения обозначены синим цветом, а рифленого волновода с образцом тетрадекана — красным. Затем амплитудные спектры пустого и полного бороздчатых волноводов возводятся в квадрат и делятся на спектр от опорного волновода для получения спектров передачи мощности.

Разница в частоте между резонансными характеристиками пустого и полного волноводов — это резонансный сдвиг, который относится к показателю преломления. При попытке выполнить эту процедуру важно помнить о необходимости быть как можно более последовательным и быть осторожным, чтобы свести к минимуму перекрестное загрязнение в волноводе. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как получить измерение показателя преломления микрофлюидного образца путем измерения резонансной частоты волновода с параллельной пластиной с бороздкой с помощью терагерцовой спектроскопии во временной области.