La procedura per l'attuazione di un sensore di indice di rifrazione per frequenze terahertz basato su un scanalata geometria a piatti paralleli guida d'onda è descritto qui. Il metodo fornisce una misura dell'indice di rifrazione di un piccolo volume di liquido attraverso il monitoraggio dello spostamento della frequenza di risonanza della struttura di guida d'onda
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Articolo metodologico
Terahertz Sensing microfluidici Utilizzando un parallelo-piastra sensore guida d'onda
In questo articolo
Sommario
Abstract
Indice di rifrazione (RI) è un rilevamento non invasivo potente e privo di etichetta tecnica di rilevamento per la rilevazione di identificazione e monitoraggio dei campioni microfluidici con una vasta gamma di modelli di sensori possibili, come interferometri e 1,2 risonatori. Applicazioni più del RI esistente rilevamento concentrarsi su materiali biologici in soluzioni acquose a frequenze visibili e IR, come ibridazione DNA e sequenziamento del genoma. A frequenze terahertz, applicazioni includono il controllo della qualità, il controllo dei processi industriali e di rilevamento e applicazioni di rilevamento che coinvolgono materiali non polari.
Diversi disegni potenziali per sensori indice di rifrazione del regime terahertz esistono, compreso guide d'onda a cristallo fotonico 3, asimmetrici split-risonatori ad anello 4, e strutture band gap fotoniche integrate in parallelo alla piastra guide d'onda 5. Molti di questi disegni sono basati su risonatori ottici quali anellio cavità. Le frequenze di risonanza di queste strutture dipendono l'indice di rifrazione del materiale in o intorno al risonatore. Monitorando i cambiamenti nella frequenza di risonanza di rifrazione di un campione può essere misurata con precisione e questo a sua volta può essere utilizzato per identificare un materiale, monitorare la contaminazione o diluizione, ecc
Il design del sensore usiamo qui è basato su una semplice guida d'onda a piatti paralleli 6,7. Una scanalatura rettangolare lavorato in uno dell'orologio funziona come una cavità risonante (figure 1 e 2). Quando la radiazione terahertz è accoppiata nella guida d'onda e si propaga nel ordine più basso-elettrico trasversale (TE 1) modalità, il risultato è un singolo elemento forte risonanza con una frequenza di risonanza sintonizzabile che dipende dalla geometria della scanalatura 6,8. Questo solco può essere riempito con campioni liquidi non polari microfluidici che provocano uno spostamento nella frequenza di risonanza osservata che dipende dalla quantità di liquid nella scanalatura e il suo indice di rifrazione 9.
Nostra tecnica ha un vantaggio rispetto altre tecniche terahertz nella sua semplicità, sia nella fabbricazione e attuazione, dato che il procedimento può essere realizzato con apparecchiature di laboratorio standard senza la necessità di una stanza pulita o qualsiasi fabbricazione speciale o tecniche sperimentali. Può anche essere facilmente esteso al funzionamento multicanale tramite l'incorporazione di scanalature multiple 10. In questo video si descrivono nostra procedura sperimentale completo, dal progetto del sensore per l'analisi dei dati e la determinazione dell'indice di rifrazione del campione.
Protocollo
1. Sensore di progettazione e fabbricazione
- Progettare una guida d'onda a piatti paralleli, con una o più cavità integrati (o "scanalature"). Vedere le figure 1 e 2. Geometria può essere basata su quanto indicato nella nostre precedenti pubblicazioni 8,9 o appositamente progettati per la particolare applicazione. I seguenti principi generali che guidano sono suggeriti:
- Spaziatura delle piastre: In questo esperimento una spaziatura delle piastre di 1mm viene utilizzato per accoppiamento efficace al modo TE1 senza necessità di speciali ottiche. Assicura anche monomodale propagazione alle frequenze di ....
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Discussione
Va osservato che l'indice di rifrazione del liquido in esame viene determinata solo alla frequenza di risonanza della cavità non, su una banda larga. Questo ha alcuni vantaggi distinti. Primo, sebbene le nostre misurazioni hanno fatto uso di una fonte terahertz banda larga per scopi di caratterizzazione, si potrebbe anche costruire un sistema equivalente di rilevamento con una singola frequenza sorgente THz con solo un grado limitato di sintonizzabilità frequenza, un approccio che potrebbe essere molto meno costoso .......
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Dichiarazioni
Nessun conflitto di interessi dichiarati.
Ringraziamenti
Questo progetto è stato sostenuto in parte dalla National Science Foundation e dalla Air Force Research Laboratory attraverso il programma CONTATTO.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Nome del reagente | Azienda | Numero di catalogo | Commenti (opzionale) |
| Siringa da 10 microlitri | Hamilton | 80314 | Alta precisione di siringa |
| Alcani liquidi | Acros Organics | I campioni per la calibrazione e di prova | |
Nessuna attrezzatura specifica è richiesta. Materiali di prova idonei e solventi sono lasciati alla discrezione dello sperimentatore. L'alta precisione siringhe utilizzate in questa procedura sono elencati nella tabella sottostante, ma lo sperimentatore potrebbe usare siringhe di volume diverso o progettazione, comprese siringhe digitali per una maggiore precisione. Gli alcani test utilizzati in questo esperimento sono elencati. |
Riferimenti
- Kuswandi, B., Nuriman,, Huskens, J., Verboom, W. Optical sensing systems for microfluidic devices: A review. Ana. Chim. Acta. 601, 141-155 (2007).
- Zhu, H., White, I. M., Suter, J. D., Zourob, M., Fan, X. Integrated refractive index optical ring resonator detector for....
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Ristampe e permessi
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