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Engineering

एक एकल Plasmonic Nanoparticle से nonlinearities बिखरने का मापन

Published: January 3, 2016 doi: 10.3791/53338
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 1,3
1Department of Physics, National Taiwan University, 2Department of Applied Physics, Osaka University, 3Molecular Imaging Center, National Taiwan University

Introduction

plasmonics के अध्ययन की वजह से कई अलग अलग क्षेत्रों 1-4 में उसके आवेदन के लिए महान ब्याज को आकर्षित किया है। Plasmonics में सबसे जांच क्षेत्रों में से एक सतह plasmonics है, जिसमें एक धातु और अचालक के बीच एक अंतरफलक में एक बाहरी विद्युत चुम्बकीय तरंग के साथ चालन इलेक्ट्रॉनों जोड़ों के सामूहिक दोलन। भूतल plasmonics subwavelength प्रकाशिकी, Biophotonics, और माइक्रोस्कोपी 5,6 में अपने संभावित अनुप्रयोगों के लिए पता लगाया गया है। स्थानीय सतह plasmon अनुनाद (LSPR) की वजह से धातु नैनोकणों की अल्ट्रा-छोटी मात्रा में मजबूत क्षेत्र वृद्धि न केवल क्योंकि कण आकार, कण आकार, और आसपास के माध्यम 7 के ढांकता हुआ गुण के लिए अपनी असाधारण संवेदनशीलता की, व्यापक ध्यान आकर्षित किया है -10, बल्कि इसलिए भी स्वाभाविक रूप से कमजोर nonlinear ऑप्टिकल प्रभाव 11 को बढ़ावा देने के लिए अपनी क्षमता का। LSPR की असाधारण संवेदनशीलता जैव संवेदन और पास-धिक के लिए मूल्यवान हैएलडी इमेजिंग तकनीक 12,13। दूसरी ओर, plasmonic संरचनाओं का बढ़ाया nonlinearity जैसे ऑप्टिकल स्विचिंग और सभी ऑप्टिकल सिग्नल प्रोसेसिंग 14,15 के रूप में आवेदन में फोटोनिक एकीकृत सर्किट में उपयोग किया जा सकता है। यह अच्छी तरह से plasmonic अवशोषण कम तीव्रता के स्तर पर उत्तेजना तीव्रता को रेखीय समानुपाती है कि जाना जाता है। उत्तेजना काफी मजबूत हो गया है, अवशोषण संतृप्ति तक पहुँचता है। दिलचस्प, उच्च तीव्रता पर, अवशोषण फिर से बढ़ जाती है। ये nonlinear प्रभाव saturable अवशोषण (एसए) 15-17 कहा जाता है और क्रमश: saturable अवशोषण (आरएसए) 18 रिवर्स कर रहे हैं।

यह LSPR के कारण, बिखरने plasmonic संरचनाओं में विशेष रूप से मजबूत है कि जाना जाता है। मौलिक electromagnetics के आधार पर, इस घटना की तीव्रता बनाम बिखरने की प्रतिक्रिया रैखिक होना चाहिए। हालांकि, नैनोकणों में, बिखरने और अवशोषण बारीकी से Mie सिद्धांत के माध्यम से जुड़े हुए हैं, और दोनों ई किया जा सकता हैढांकता हुआ निरंतर की वास्तविक और काल्पनिक भागों के मामले में xpressed। एक भी GNS प्रकाश रोशनी के तहत एक द्विध्रुवीय के रूप में बर्ताव करता है कि इस धारणा के तहत, Mie सिद्धांत के अनुसार एक भी plasmonic nanoparticle से बिखरने गुणांक (क्यू एससीए) और अवशोषण गुणांक (क्यू एबीएस) 19 के रूप में व्यक्त किया जा सकता

1 समीकरण

एक्स 2 πa है जहां / λ, एक गोले की त्रिज्या है, और एम 2 ε एम / ε घ है। इधर, ε मी और ε डी क्रमशः, आसपास के dielectrics धातु की अचालक स्थिरांक के लिए और के अनुरूप हैं। बिखरने गुणांक के रूप चूंकि वीं के समान हैई अवशोषण गुणांक, इसलिए यह एक एकल plasmonic nanoparticle 20 में saturable बिखरने का पालन करने की उम्मीद है।

हाल ही में, एक अलग plasmonic कण में nonlinear saturable बिखरने पहली बार 21 के लिए प्रदर्शन किया गया। यह उत्तेजना तीव्रता में वृद्धि हुई जब गहरी संतृप्ति में, वास्तव में बिखरने तीव्रता थोड़ा कम है कि उल्लेखनीय है। उत्तेजना तीव्रता बिखरने संतृप्त हो गया बाद में वृद्धि जारी रखा जब इससे भी अधिक उल्लेखनीय, बिखरने तीव्रता saturable रिवर्स 20 बिखरने का असर दिखा, फिर गुलाब। Wavelength- और आकार पर निर्भर अध्ययनों 21 बिखरने LSPR और nonlinear के बीच एक मजबूत रिश्ता दिखाया गया है। plasmonic बिखरने की तीव्रता और तरंग दैर्ध्य dependences इन अरेखीय व्यवहार अंतर्निहित एक साझा तंत्र का सुझाव अवशोषण के उन लोगों के लिए बहुत समान हैं।

आवेदन पत्र के संदर्भ में, यह अच्छी तरह से kno हैWN कि nonlinearity ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी संकल्प में सुधार करने में मदद करता है। 2007 में, संतृप्त उत्तेजना (सक्सेना) माइक्रोस्कोपी उत्तेजना बीम 22 की एक अस्थायी sinusoidal मॉडुलन के माध्यम से संतृप्त संकेत निकालने के द्वारा संकल्प में वृद्धि कर सकते हैं, जो प्रस्तावित किया गया था। सक्सेना माइक्रोस्कोपी, एक लेजर फोकल स्थान के लिए, तीव्रता परिधि में से केंद्र में मजबूत है कि अवधारणा पर आधारित है। संकेत (प्रतिदीप्ति या बिखरने या तो) संतृप्ति व्यवहार दर्शाती हैं रेखीय प्रतिक्रिया परिधि में रहता है, जबकि, संतृप्ति, केंद्र से शुरू करनी चाहिए। केवल संतृप्त हिस्सा निकालने के लिए एक विधि है, अगर वहाँ परिधीय हिस्सा खारिज करते हुए, इसलिए, यह इस प्रकार प्रभावी स्थानिक संकल्प बढ़ाने, केवल मध्य भाग छोड़ देंगे। सिद्धांत रूप में, के रूप में लंबे समय के रूप में गहरी संतृप्ति तक पहुँच जाता है सक्सेना माइक्रोस्कोपी में कोई कम संकल्प सीमा नहीं है और तीव्र रोशनी के कारण कोई नमूना क्षति है।

यह resolutio दिखाया गया है किप्रतिदीप्ति इमेजिंग के एन काफी सक्सेना तकनीक का उपयोग करके बढ़ाया जा सकता है। हालांकि, प्रतिदीप्ति photobleaching के प्रभाव से ग्रस्त है। बिखरने nonlinearity की खोज और सक्सेना की अवधारणा का मेल है, बिखरने के आधार पर सुपर संकल्प माइक्रोस्कोपी 21 से महसूस किया जा सकता है। पारंपरिक सुपर संकल्प microscopies की तुलना में, बिखरने आधारित तकनीक एक उपन्यास गैर विरंजन विपरीत तरीका प्रदान करता है। इस पत्र में, एक कदम-दर-कदम विवरण प्राप्त करने और plasmonic बिखरने की nonlinearity को निकालने के लिए आवश्यक प्रक्रियाओं की रूपरेखा तैयार करने के लिए दिया जाता है। घटना तीव्रता बदलकर पेश किया बिखरने nonlinearities की पहचान करने के तरीके में वर्णित हैं। अधिक जानकारी के लिए इन nonlinearities एकल नैनोकणों की छवियों को प्रभावित करते हैं और कैसे स्थानिक संकल्प सक्सेना तकनीक द्वारा तदनुसार बढ़ाया जा सकता है कि कैसे जानने के लिए प्रदान किया जाएगा।

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Protocol

1. GNS नमूना तैयार

  1. LSPR शिखर शिफ्ट करने के कारण हो सकता है जो कण एकत्रीकरण, को रोकने के लिए के बारे में 40 kHz पर कम से कम 15 मिनट के लिए नमूना, sonicate 1 मिलीलीटर GNS कोलाइड समाधान की तैयारी से पहले।
  2. GNSS ठीक करने के लिए वाणिज्यिक मैग्नीशियम एल्यूमीनियम सिलिकेट (मास) कोटिंग के साथ एक स्लाइड कांच पर GNS कोलाइड के 100-200 μl गिरा।
  3. कम से कम 1 मिनट के बाद, आसुत जल के साथ निस्तब्धता द्वारा अतिरिक्त कोलाइड हटा दें। समय के इंतजार GNSS के लिए आवश्यक वितरण घनत्व पर निर्भर करता है। आमतौर पर, उनमें से ज्यादातर एक दूसरे से अलग कर रहे हैं के बाद से कणों को आसानी से पहचाना जा करने में सक्षम बनाता है कि एक उपयुक्त घनत्व में 1-3 मिनट का परिणाम है। समय के इंतजार बहुत लंबा है, तो महत्वपूर्ण एकत्रीकरण हो सकता है।
  4. नाइट्रोजन गैस के साथ मिटाने द्वारा नमूना सूखी।
  5. (वैकल्पिक), उच्च संकल्प के साथ कांच पर GNSS नक्शा इस चरण 23 पर स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) प्रदर्शन करने के लिए। एक उदाहरण छवि Figur में प्रदान की जाती हैई 1, GNSS की विशेषता घनत्व दिखा। छवि प्राप्त करने के लिए एक क्षेत्र उत्सर्जन SEM का प्रयोग करें। तेल का नमूना (अगले कदम) पर जोड़ा जाता है, तो यह तेल निकालने और SEM के साथ नमूना निरीक्षण करने के लिए मुश्किल हो जाएगा।
  6. GNSS कवर करने के लिए नमूना पर ही अपवर्तनांक के साथ तेल की एक बूंद जोड़ें और कांच सब्सट्रेट से मजबूत प्रतिबिंब को समाप्त करने के लिए।
  7. नमूना के शीर्ष पर एक कवर कांच की जगह और नेल पॉलिश के साथ इसे सील।
  8. नेल पॉलिश सूख जाता है जब तक कम से कम 5 मिनट रुको। नमूना तैयार है।

घर में निर्मित confocal खुर्दबीन के 2. संरेखण

  1. सेटअप की योजना के लिए चित्र 2 देखें। माइक्रोस्कोप शरीर में ही की सफेद रोशनी रोशनी पथ संरेखित करें। माइक्रोस्कोप के हलोजन प्रकाश स्रोत पर बारी, और कोहलर रोशनी हालत को प्राप्त करने के लिए माइक्रोस्कोप निर्माता की पुस्तिका का पालन करें। सफेद हलोजन प्रकाश बीम के पीछे लगभग समानांतर हैं कि यह सुनिश्चित करेंउद्देश्य के एपर्चर, आंशिक रूप से 50/50 beamsplitter से परिलक्षित होता है, और फिर लेजर की ओर से प्रचार।
  2. वे स्कैनिंग रेंज के केंद्र में, सही है कि प्रारंभिक स्थिति, पर रहने को सुनिश्चित करने के लिए GALVANO दर्पण चालू करें।
  3. हलोजन प्रकाश मार्ग के किनारे है, उस पर गाढ़ा छल्ले के साथ एक कागज की एक पतली शीट से बने कम से कम दो लक्ष्यों, प्लेस, और हैलोजन किरण के साथ उन्हें पंक्ति।
  4. इमेजिंग प्रदर्शन करने के लिए, 532 एनएम लेजर का चयन करें। स्पेक्ट्रोस्कोपी मापन का प्रदर्शन करने के लिए, सुपर-सातत्य लेजर का चयन करें। संरेखण के दौरान, लेज़रों की शक्ति nonlinearity से बचने के लिए उद्देश्य के पीछे एपर्चर में कम से कम 10 μW होना चाहिए। फिर, दो लक्ष्यों की सहायता से बाहर जाने वाले हैलोजन बीम को घटना की लेजर बीम विपरीत collimate। इस प्रक्रिया के पूरा होने पर, लेजर बीम के मोटे संरेखण हासिल किया गया है।
  5. उद्देश्य लेंस के पीछे एपर्चर के केंद्र के माध्यम से लेजर बीम संरेखित करें। आमतौर पर, एक ओय उपयोगएल विसर्जन उद्देश्य। तेल विसर्जन उद्देश्य लेंस और GNS नमूना के बीच तेल की एक बूंद जोड़ें। GNSS के बिखरने का संकेत इकट्ठा करने के लिए डिटेक्टर के रूप में एक photomultiplier ट्यूब (पीएमटी) का प्रयोग करें।
  6. संकेतों को बिखरने से बाहर का ध्यान केंद्रित ब्लॉक करने के लिए पीएमटी के सामने एक 20 माइक्रोन व्यास पिनहोल रखें। , GALVANO दर्पण और (घर में निर्मित सॉफ्टवेयर के माध्यम से) पीएमटी चालू करें GNSS की backscattering संकेतों को अधिकतम करने के लिए नमूना चरण के पिनहोल स्थिति और ऊंचाई को समायोजित, और फिर एक कंप्यूटर स्क्रीन पर एक व्यक्ति GNS निरीक्षण करते हैं। सही संरेखण के साथ GNSS का एक नमूना XY की छवि चित्रा 2B में दिखाया गया है।
  7. थोड़ा ध्यान देने का एकत्रीकरण की जांच के लिए नमूना चरण की ऊंचाई बदल जाते हैं। यह गाढ़ा न हो, तो नमूना मंच की ऊंचाई बदल रहा है, जबकि एक ही स्थान पर बनी हुई है GNS के केंद्र तक स्कैनर के सामने दो दर्पण के साथ किरण को समायोजित। पीएसएफ के xz की छवि -2 सी चित्रा के लिए इसी तरह की है कि सुनिश्चित करेंसही बीम संरेखण को सुनिश्चित करने के लिए। कम पास और गाऊसी चिकनी फिल्टर के साथ इन दो छवियों की प्रक्रिया।

छितराया Nonlinearity 3. विशेषता

  1. कम उत्तेजना तीव्रता (कम से कम 10 4 डब्ल्यू / 2 सेमी) में प्रोटोकॉल 2.6 का पालन करते हुए सोने के नैनोकणों की एक छवि हासिल।
  2. ImageJ में छवि (या किसी अन्य छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर) को खोलें। छवि में GNSS में से एक में एक लाइन (चित्रा 2B देखें) ड्रा, और विश्लेषण का उपयोग करें -> ImageJ उपकरण का प्लॉट प्रोफ़ाइल बिखरने तीव्रता प्रोफ़ाइल निकालते हैं। एक गाऊसी समारोह द्वारा चुना पीएसएफ का प्रोफ़ाइल फिट:
    2 समीकरण
    Y, वाई 0 पृष्ठभूमि मूल्य (यदि हो तो) पीएमटी readout के मूल्य है, जहां एक शिखर आयाम चौड़ाई है डब्ल्यू, एक्स स्थानिक का समन्वय है, है, और एक्स सी केंद्र coordinat हैगाऊसी समारोह के ई। इसी पीएसएफ के FWHM (½ln2) w है। उद्देश्य के संख्यात्मक एपर्चर (एनए) के आधार पर, कोंफोकल पीएसएफ के सैद्धांतिक FWHM एल उत्तेजना तरंग दैर्ध्य है जहां लगभग 0.43l / लागू होने का अनुमान किया जा सकता है। इमेजिंग प्रणाली के संरेखण की जाँच करने के लिए इन दो नंबरों की तुलना करें।
  3. मैन्युअल चित्रा 2A में तटस्थ घनत्व (एनडी) फिल्टर बदलकर उत्तेजना तीव्रता में वृद्धि, और प्रत्येक तीव्रता के स्तर पर backscattering छवियों रिकॉर्ड है। अलग उत्तेजना तीव्रता पर प्रत्येक GNS के केंद्र से बिखरने संकेत के मूल्य ले लो, और उत्तेजना तीव्रता बनाम संकेतों बिखरने की वक्र साजिश है। उत्तेजना तीव्रता पर्याप्त रूप से कम है जब एक रैखिक संबंध का प्रदर्शन करना चाहिए, जो पहले कुछ अंक, के linearity की जाँच करें। पहले कुछ बिंदुओं के रैखिक फिटिंग के आधार पर एक लाइन ड्रा। बाद के अंक के बिखरने तीव्रता इस रेखीय प्रवृत्ति, saturatio नीचे ड्रॉपएन आयी हुई है।
  4. Saturable बिखरने अवलोकन करने के बाद धीरे-धीरे संतृप्ति सीमा से नीचे तीव्रता कम, और छवि ही GNSS फिर nonlinear व्यवहार के उलटने सुनिश्चित करने के लिए।

एक भी सोने nanosphere के एक बिखरने स्पेक्ट्रम 4. मापन

  1. एक भी GNS से ​​backscattering स्पेक्ट्रम मापने के लिए, लेजर स्रोत के रूप में सुपर सातत्य लेजर का उपयोग करें। लेजर की प्रारंभिक तरंग दैर्ध्य 450 एनएम से 1750 एनएम के बीच है। नमूना और ऑप्टिकल घटकों को नुकसान हो सकता है कि अतिरिक्त अवरक्त शक्ति को दूर करने के लिए, दृश्य प्रकाश को प्रतिबिंबित करने के लिए सही सुपर सातत्य लेजर के बाद एक या दो दर्पण जगह है, और किरण अतिरिक्त अवरक्त प्रकाश को इकट्ठा करने की उदासीनता का उपयोग करें।
  2. लेजर स्कैनिंग confocal खुर्दबीन में सुपर-सातत्य लेजर निर्देशित करने के लिए धारा 2 में संरेखण प्रक्रियाओं का पालन करें। पूरे दिखाई रेंज भर में वर्णक्रम कवरेज सुनिश्चित करने के लिए एक ब्रॉडबैंड 50/50 बी एस का प्रयोग करें।
  3. मोल एककांच पर GNSS की छवि। छवि में एक GNS जानें, और कण पर घटना ब्रॉडबैंड प्रकाश का ध्यान केंद्रित तय कर लो।
  4. एक आरोप युग्मित डिवाइस से सुसज्जित है जो स्पेक्ट्रोमीटर, की ओर backscattering संकेत निर्देशित करने के लिए पीएमटी के सामने एक flipping दर्पण का प्रयोग करें, और उसके बाद चयनित एकल GNS की एक स्पेक्ट्रम ले। यहां स्पेक्ट्रम GNS बिखरने और पृष्ठभूमि का एक मिश्रण की वजह से अन्य सतहों से विचार करने के लिए है कि सावधान रहें।
  5. वापस पीएमटी डिटेक्टर स्विच करने के लिए, और कण स्थिति नहीं बदल गया है कि इस बात की पुष्टि करने के लिए एक और छवि ले। फिर, कोई कण मौजूद है, जिस पर एक बिंदु पर ध्यान केंद्रित पाली। वापस स्पेक्ट्रोमीटर स्विच करने के लिए, और पृष्ठभूमि का प्रतिनिधित्व करता है जो एक और अधिक स्पेक्ट्रम, ले।
  6. एक भी GNS का एक स्पष्ट backscattering स्पेक्ट्रम प्राप्त करने के लिए कदम 4.4 से स्पेक्ट्रम से 4.5 कदम से पृष्ठभूमि स्पेक्ट्रम घटाना।

सक्सेना माइक्रोस्कोप 5. संरेखण

  1. चित्रा 3 देखेंएक आदर्श sinusoidal अस्थायी मॉडुलन दो acousto ऑप्टिक माड्युलेटर्स (AOMs) के बीच हरा आवृत्ति से प्राप्त होता है, जहां सक्सेना माइक्रोस्कोप, की इस योजना के लिए। सबसे पहले, बाद में AOMs की आवश्यकता को पूरा करने के लिए लेजर की किरण आकार को समायोजित। एक 50/50 बीम फाड़नेवाला का उपयोग करके दो कड़ियां में 532 एनएम लेजर प्रकाश विभाजित।
  2. एक किरण प्रत्येक AOM के माध्यम से गुजरने के साथ, दो AOMs के माध्यम से दो मुस्कराते हुए गाइड। दो AOMs का नियमन करने आवृत्तियों अलग होना चाहिए। उदाहरण के लिए, एक 10 किलोहर्ट्ज़ के एक अंतर आवृत्ति उपज 40.000 मेगाहर्ट्ज और 40.010 मेगाहर्ट्ज पर दूसरे पर हो सकता है। यह अंतर आवृत्ति सक्सेना संकेतों के लिए मौलिक मॉडुलन आवृत्ति च मीटर हो जाएगा।
  3. दोनों AOMs से पहले के आदेश diffracted मुस्कराते हुए ले लो, और एक और 50/50 बीम फाड़नेवाला का उपयोग करके दो मुस्कराते हुए गठबंधन। दो मुस्कराते हुए collimate को AOMs के बाद दर्पण को समायोजित करें।
  4. लौकिक modulatio पर नजर रखने के लिए एक आस्टसीलस्कप से जुड़ा है कि एक photodetector जोड़ेंएन। एक स्लाइड गिलास के साथ लेजर के एक छोटे से हिस्से को विभाजित है, और 3 चित्र में दिखाया गया है, फोटोडिटेक्टर के लिए भेजें। सही मॉडुलन और बीम अतिव्यापी के साथ, मुख्य आवृत्ति च मीटर की ऊंचाई पर दिखाया तरंग के समान sinusoidal तीव्रता मॉडुलन का निरीक्षण चित्रा 4 में।
    नोट: मॉडुलन की पृष्ठभूमि अधिकतम मॉडुलन गहराई को प्राप्त करने के लिए संभव के रूप में के रूप में कम होने की जरूरत है। इसके अलावा, मॉडुलन के हार्मोनिक विरूपण कम हो रही है कि जांच करने के लिए आस्टसीलस्कप के फूरियर विश्लेषण समारोह का उपयोग करें। सफल सक्सेना कार्यान्वयन को प्राप्त करने के लिए, कम से कम प्रारंभिक nonlinearity के साथ एक सही sinusoidal उत्तेजना तीव्रता मॉडुलन किया जाता है।
  5. आस्टसीलस्कप से फोटोडिटेक्टर की बिजली उत्पादन डिस्कनेक्ट और लॉक-इन एम्पलीफायर के संदर्भ इनपुट से कनेक्ट।
  6. 3 चित्र में दिखाया गया है, जो पिछले प्रोटोकॉल का पालन confocal प्रणाली में लेजर बीम संरेखित। एचअरे, संकेत इनपुट के रूप में लॉक-इन एम्पलीफायर को पीएमटी की बिजली उत्पादन कनेक्ट।
  7. नमूने के रूप में एक खाली गिलास को कवर का उपयोग करें, और डिटेक्टर 1-वी की एक readout मूल्य से कम रैखिक है जहां चित्रा 5 में दिखाया गया है ,, धीरे-धीरे उत्तेजना शक्ति में वृद्धि से बिजली का पता लगाने प्रणाली के linearity की जाँच करें। बाद के सभी माप में, इस मूल्य से कम करने के लिए readout को नियंत्रित करने के लिए ध्यान रखना।
  8. वोल्टेज संकेत का पूर्ण परिमाण निर्यात करने के लिए लॉक-इन एम्पलीफायर के उत्पादन को निर्धारित करें। संदर्भ चैनल पर स्थापित करने हार्मोनिक घटक बदल रहा है, इतने पर सक्सेना का संकेत है, एक 1, ए 2 के आयाम प्राप्त है, और।
  9. यह भी रास्टर स्कैनिंग GALVANO दर्पण के ड्राइविंग वोल्टेज संकेतों को प्राप्त करता है, जो एक डाटा अधिग्रहण कार्ड, के लिए लॉक-इन एम्पलीफायर से रैखिक और nonlinear संकेतों निर्यात करें। एक स्वनिर्धारित Labview के कार्यक्रम की सहायता के साथ, लॉक-इन एम्पलीफायर और के संकेतों को सिंक्रनाइज़GALVANO एक छवि बनाने के लिए दर्पण।
  10. छवियों में संकेत करने वाली शोर अनुपात का अनुकूलन करने के लिए, उचित रूप से लॉक-इन एम्पलीफायर के पिक्सेल अधिग्रहण और एकीकरण के समय का चयन करें। उत्तेजना के मुख्य मॉडुलन आवृत्ति एफ एम 10 किलोहर्ट्ज़, अवधि 100 μsec है जब वह यह है कि जब उदाहरण के लिए, अवधि की तुलना में कम से कम तीन गुना ज्यादा समय होने के लिए लॉक-इन एम्पलीफायर के एकीकरण के समय निर्धारित किया है। GALVANO दर्पण आंदोलन के समय जोड़ना, अधिग्रहण की गति सक्सेना इमेजिंग मोड में प्रति सेकंड 1,500 पिक्सल पर सेट किया जाता है।

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Representative Results

चित्रा 6 एक 80 एनएम GNS से मापा स्पेक्ट्रम से पता चलता है। Mie सिद्धांत के आधार पर एक गणना की वक्र उत्कृष्ट समझौते दिखा रहा है, एक ही भूखंड में दी गई है। LSPR शिखर 580 एनएम के आसपास है। निम्नलिखित प्रयोग में, लेजर तरंग दैर्ध्य यह plasmonic प्रभाव के साथ ऑप्टिकल बिखरने को बढ़ाने और संतृप्ति 21 बिखरने सक्षम करने के लिए plasmonic बैंड के अंदर स्थित है के रूप में चुना गया था, जो 532 एनएम था।

चित्रा 7 अलग उत्तेजना तीव्रता पर एक भी सोने nanoparticle की छवियों को बिखरने प्रस्तुत करता है, और नीचे पंक्ति nonlinearity को उजागर करने के लिए प्रत्येक कण की लाइन प्रोफ़ाइल प्रदान करता है। छवि का आकार 600 एनएम × 600 एनएम है, और पिक्सेल आकार 13.8 एनएम है। अधिग्रहण की गति सामान्य XY इमेजिंग मोड में प्रति सेकंड 234,000 पिक्सल था। प्रत्येक छवि शोर अनुपात संकेत बढ़ाने के लिए पांच से अधिक अधिग्रहण औसतन किया गया था।

उत्तेजना तीव्रता से कम है1.5 × 10 6 डब्ल्यू / 2 सेमी, बिखरने उत्तेजना तीव्रता पर रैखिक निर्भर है, इसलिए एक nanoparticle के परिणामस्वरूप छवि एक मानक गाऊसी प्रोफाइल के साथ, उत्तेजना बीम की पीएसएफ जैसा दिखता है। 1.7 × 10 6 डब्ल्यू / 2 सेमी, पीएसएफ के शीर्ष पर न केवल स्पष्ट सपाट करने के लिए उत्तेजना तीव्रता बढ़ जाती है मनाया जाता है हालांकि, जब, लेकिन यह भी संतृप्ति का संकेत है, FWHM को चौड़ा। बहुत दिलचस्प है, पर थोड़ा अधिक तीव्रता, केंद्रीय तीव्रता एक डोनट के आकार पीएसएफ, जिसके परिणामस्वरूप परिधीय की तुलना में कम हो जाता है। उत्तेजना तीव्रता में वृद्धि जारी है तब के रूप में, बिखरने तीव्रता रिवर्स संतृप्ति खुलासा और पीएसएफ के केंद्र में एक नए शिखर, जिसके परिणामस्वरूप फिर से बढ़ जाती है।

8 चित्रा। यह वक्र clearl में डॉट्स द्वारा दिखाए गए के रूप में विभिन्न उत्तेजना तीव्रता पर PSFs के केंद्रीय तीव्रता साजिश रचने के द्वारा, बिखरने तीव्रता निर्भरता प्राप्त की हैY संतृप्ति और रिवर्स संतृप्ति व्यवहार के रुझान का पता चलता है। जैसी कि उम्मीद थी, यह अरेखीय अवशोषण 15-17 की तीव्रता निर्भरता के समान दिखता है। अरेखीय अवशोषण का विश्लेषण करने की विशिष्ट पद्धति के बाद, एक बहुपद समारोह अरेखीय बिखरने परिणाम फिट करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। हालांकि, तीसरे क्रम nonlinearity यहां पांचवें क्रम के nonlinearity परिणाम मॉडल करने के लिए पर्याप्त है, जिसमें सबसे अधिक अरेखीय अवशोषण के अध्ययन से अलग बेहतर बिखरने वक्र फिट करने के लिए आवश्यक था।

खंड 5 में उल्लेख किया है, हार्मोनिक आवृत्ति घटकों प्रयोगात्मक लॉक-इन एम्पलीफायर से निकाला जा सकता है, और परिणाम चित्रा 9 ए में दिए गए हैं। दूसरी ओर, हार्मोनिक घटकों 8 चित्रा पहले से गणना की जा सकती, चित्रा 8 फिट करने के लिए, मैं उत्तेजना तीव्रता है, जहां एक बहुपद समारोह, उपयोग करें तो हम β, γ ...। हम कर सकते हैं, फिटिंग पैरामीटर है α तो उत्तेजना INTENS का इजहारटी समय है, जहां एक अस्थायी संग्राहक समारोह मैं (टी) = मैं 0 (1 + क्योंकि (2 πf एम टी)) / 2, के रूप में अल्पसंख्यक, एफ एम मॉडुलन आवृत्ति है, और मैं 0 अधिकतम उत्तेजना तीव्रता है। एस (मैं) में मैं (टी) प्रतिस्थापन, और बनाने के द्वारा एक फूरियर आवृत्ति डोमेन में परिणामी एस (मैं (टी)) में परिवर्तित करने के लिए बदलने के लिए, हम निम्न समीकरण कई डेल्टा कार्यों (δ) से बना है:

3 समीकरण

प्रत्येक डेल्टा समारोह का गुणांक (ए 0, ए 1, ए 2, आदि) के लिए इसी हार्मोनिक आवृत्ति पर सक्सेना संकेत के आयाम का प्रतिनिधित्व करता है। सक्सेना Signa के अनुरूप जो इन गुणांकअलग harmonics पर एल ताकत, फिटिंग मानकों को α, ... γ, β के कार्यों के रूप में लिखा जा सकता है:

4 समीकरण

गणना के परिणाम चित्रा 9B में दिखाए जाते हैं। प्रयोगात्मक और गणना के भूखंडों विशेष रूप से निम्नलिखित दो पहलुओं में, बारीकी से सहमत हैं।

सबसे पहले, 2 एफ एम और 3 एफ एम का घटता घटता-साथ विशिष्ट तीव्रता में गिरावट दिखा रहा है, चिकनी नहीं हैं। दो dips 3 एफ एम घटता में देखा जाता है, जबकि दोनों आंकड़ों में, 2 एफ एम घटता में तीन गिरावट, देखते हैं। दूसरा, ढलानों अलग उत्तेजना तीव्रता के साथ अलग कर रहे हैं। उत्तेजना तीव्रता अधिक नहीं है, जब एक एफ एम, 2 एफ एम, और 3 एफ एम की ढलानों 1, 2, और 3 रहे हैं, क्रमशः। हालांकि, प्रत्येक डुबकी के बाद, इसी अरेखीय घटता की ढलानों बड़ा हो गया है।

अरेखीय घटकों उत्तेजना तीव्रता गिरावट भर में बढ़ जाती है जब सक्सेना तकनीक के माध्यम से निकाले जाते हैं, तो गिरावट और ढलान बदलाव के साथ, अपरंपरागत PSFs प्रत्याशित हैं। चित्रा 10A 1 एफ एम, 2 एफ एम, और 3 के सक्सेना की छवि उदाहरण से पता चलता है अलग उत्तेजना तीव्रता में एफ एम आवृत्ति घटकों। पहली पंक्ति में, उत्तेजना तीव्रता अरेखीय घटकों के लिए प्रेरित करने के लिए पर्याप्त है, जो 0.7 मेगावाट / 2 सेमी है, लेकिन आयाम अपेक्षाकृत कमजोर है। इस तीव्रता के स्तर पर, 2 एफ एम संकेत के ढलान 2 है, और चित्रा 9 ए में दिखाया गया है, क्योंकि यह 3 एफ एम संकेत के लिए 3 है। 2 की उत्तेजना तीव्रता 2 एफ एम संकेत की पहली डुबकी के स्तर तक बढ़ जाती है, तो सक्सेना छवियोंचित्रा 10A में दूसरी पंक्ति के रूप में दिखाया एफ एम संकेत, डोनट के आकार का हो गया है। 3 एफ एम पीएसएफ के FWHM उल्लेखनीय संकल्प वृद्धि प्रकट, 1 एफ एम संकेत की तुलना में काफी छोटा होता है, जबकि दोनों एक एफ एम और 3 एफ एम छवियों, ठोस रहते हैं। एक ही पंक्ति के दाएँ पैनल में संकेत प्रोफाइल से, 2 एफ एम डोनट अंगूठी की FWHM के बारे में 110 एनएम है। दूसरी ओर, चित्रा 10A की तीसरी पंक्ति उत्तेजना तीव्रता 3 एफ एम संकेत की पहली डुबकी के लिए बढ़ जाती है, जब केवल 3 एफ एम छवि डोनट एक 65 एनएम अंगूठी चौड़ाई के साथ आकार का हो जाता है कि पता चलता है। 1 एफ एम से एक के लिए 2 एफ एम संकेत की तुलना करते समय इस तीव्रता में उल्लेखनीय संकल्प वृद्धि पाया जाता है।

आंकड़े 10 बी और 10 सी की गणना पुनश्च दिखानेडोनट आकार में परिणाम है कि इसी तीव्रता क्रमश: 2 एफ एम और 3 एफ एम संकेतों के एफएस,। गणना चित्रा 9B में बहुपद वक्र ढाले पर आधारित थे। गणना घटता अच्छी तरह से फिर से अरेखीय बिखरने के लिए एक पांचवें क्रम बहुपद फिट की उपयुक्तता की पुष्टि, चित्रा 10A में दाएँ पैनल में प्रयोगात्मक PSFs की सुविधाओं के पुनरुत्पादन।

आकृति 1
चित्रा 1. GNSS की SEM छवि। प्रोटोकॉल के पहले भाग में वर्णित तैयारी प्रक्रियाओं का प्रदर्शन करके, पर्याप्त GNSS मनाया जाता है अलग कर दिया। GNSS के बीच अधिक से अधिक 100 एनएम के साथ, अपने LSPR प्रभाव एक-दूसरे के लिए युग्मित नहीं कर रहे हैं। स्केल पट्टी:। 100 एनएम देखने के लिए यहां क्लिक करेंयह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण।

चित्र 2
घर में निर्मित confocal खुर्दबीन 24 की चित्रा 2 (ए) सेटअप। फोकस में GNSS साथ (बी) XY छवि। 2 (ग):। सही संरेखण के साथ पीएसएफ के xz छवि इस प्रणाली के लिए दो लेजर स्रोत हैं। एक एक 532 एनएम निरंतर तरंग लेजर है, और अन्य एक स्पंदित सुपर सातत्य लेजर है। बिखरने संकेतों को मापने है, एक 532 एनएम निरंतर तरंग लेजर स्रोत और (डाला एक लेजर लाइन फिल्टर के साथ) डिटेक्टर के रूप में एक पीएमटी के रूप में इस्तेमाल किया गया था। स्पेक्ट्रम मापने के लिए, एक सुपर सातत्य लेजर लेजर स्रोत और डिटेक्टर के रूप में एक स्पेक्ट्रोमीटर के रूप में अपनाया गया था। चयनित लेजर उत्तेजना तीव्रता को नियंत्रित करने के लिए तटस्थ घनत्व फिल्टर का एक सेट के माध्यम से भेजा जाता है। एक 50/50 beamsplitter स्कैनिंग माइक्रोस्कोप में लेजर गाइड और में पिछड़े-बिखरने संकेतों के आधे की अनुमति देता हैप्रधानमंत्री टी या एक flipping दर्पण द्वारा चुना जाता है जो स्पेक्ट्रोमीटर,। स्कैनिंग प्रणाली में, एक उद्देश्य के फोकल हवाई जहाज़ में ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज रास्टर स्कैनिंग कि फार्म दो GALVANO दर्पण देखते हैं। पिछड़े बिखरने एक ही उद्देश्य से एकत्र की है और डिटेक्टरों से विद्युत संकेतों में बदल जाती है। संकेतों छवियों के लिए फार्म का confocal स्कैनिंग सिस्टम के साथ सिंक्रनाइज़ कर रहे हैं। पीआई चरण अक्षीय GNSS ले जाकर xz छवि प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
अधिकांश घटक एक confocal खुर्दबीन (लाल आयत) से प्राप्त उन लोगों के रूप में ही हैं। सक्सेना माइक्रोस्कोपी 3. सेटअप आंकड़ा है, लेकिन sinusoidal मॉडुलन उत्तेजना लेजर बीम को जोड़ा गया है। नीले आयत मॉड्यूलर से पता चलता हैअभिनेता सेटअप। सबसे पहले, उत्तेजना लेजर दो कड़ियां में विभाजित किया गया था और अलग से थोड़ा अलग आवृत्तियों के साथ उच्च आवृत्ति modulations उत्पादन करने के लिए दो AOMs के माध्यम से भेजा। फिर, दो संग्राहक मुस्कराते हुए दो AOMs के बीच हरा आवृत्ति पर sinusoidal मॉडुलन उत्पादन करने के लिए संयुक्त थे। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
आस्टसीलस्कप। Y1 और Y2 द्वारा मापा AOMs के बाद संयुक्त मुस्कराते हुए चित्रा 4. मॉड्यूलेशन क्रमश: अधिकतम (52.1 मेगावाट) और न्यूनतम (1.2 मेगावाट) मॉडुलन तीव्रता के मूल्यों का संकेत मिलता है। Y2 सही मॉडुलन प्राप्त करने के लिए शून्य होना चाहिए। वर्तमान मॉडुलन आवृत्ति 10 किलोहर्ट्ज़ था। एक बड़ी देखने के लिए यहां क्लिक करेंइस आंकड़े के आर संस्करण।

चित्रा 5
चित्रा 5. पहचान प्रणाली के linearity परीक्षण। फोकल हवाई जहाज़ पर एक कवर गिलास रखकर, गिलास / हवा इंटरफ़ेस से उत्तेजना लेजर का प्रतिबिंब प्रणाली का पता लगाने के linearity जांच करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। उत्तेजना तीव्रता बनाम संकेत उत्पादन 1-वी की एक readout मूल्य से कम linearity से पता चलता है। इसके अलावा, शोर के स्तर में अच्छी तरह से 10 -4 वी के नीचे है, ताकि प्रणाली में कम से कम 10 4 के एक गतिशील रेंज प्रदान करता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
80 एनएम GNS की चित्रा 6 छितराया स्पेक्ट्रम। लाल डॉट्स experim का संकेतअंदरूनी माप, और काला लाइन Mie सिद्धांत से गणना का प्रतिनिधित्व करता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 7
रैखिक से GNS की 7 चित्रा छितराया छवियों संतृप्ति रिवर्स करने के लिए। शीर्ष पंक्ति backscattering चित्रों से पता चलता है, और नीचे पंक्ति विभिन्न उत्तेजना तीव्रता पर चयनित nanoparticle का संकेत प्रोफाइल देता है। Linearity से संक्रमण संतृप्ति स्पष्ट रूप से मनाया जाता है उल्टा करने के लिए संतृप्ति के लिए। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

आंकड़ा 8
8 चित्रा बिखरने तीव्रताएकल GNS से उत्तेजना तीव्रता बनाम। नीले डॉट्स, अलग उत्तेजना तीव्रता पर पीएसएफ के केंद्र में तीव्रता बिखरने संतृप्ति और रिवर्स संतृप्ति सहित बहुत अरेखीय प्रतिक्रियाएं, दिखा के अनुरूप हैं। लाल वक्र पांचवें क्रम बहुपद समारोह के आधार पर फिट वक्र इंगित करता है। (छवियाँ रेफरी से reproduced। 25।) यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

9 चित्रा
चित्रा (ए) प्रयोग और (बी) गणना के अनुसार सक्सेना संकेतों के 9 तीव्रता dependences। (ए) सक्सेना संकेतों लॉक-इन एम्पलीफायर द्वारा निकाले गए थे, और प्रत्येक प्रयोगात्मक डेटा बिंदु चार 80 एनएम GNSS पर औसतन किया गया था। बिंदीदार रेखा सक्सेना संकेतों 25 की ढलानों से संकेत मिलता है। (ख) अगले 5 प्रोटोकॉल, सक्सेना Signals 8 चित्रा में पांचवें क्रम बहुपद फिट के आधार पर गणना की गई। (छवियाँ रेफरी से reproduced। 25) यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 10
अलग उत्तेजना तीव्रता में 10 सक्सेना छवियों चित्रा। (ए) प्रयोगात्मक 1 एफ एम, 2 एफ एम, और विभिन्न उत्तेजना तीव्रता में 3 एफ एम सक्सेना छवियों मनाया। पिक्सेल आकार 20 एनएम है, और प्रत्येक छवि का आकार 750 एनएम × एनएम 750 है। 2 एफ एम और 3 एफ एम पर डोनट्स की तीव्रता प्रोफाइल दाएँ पैनल में प्लॉट किए जाते हैं। (बी) 2 एफ एम छवि की गणना की छवि प्रोफ़ाइल 0.75 मेगावाट / 2 सेमी। 3 च <(सी) की गणना छवि प्रोफ़ाइल/ Em> 1.1 मेगावाट / 2 सेमी मीटर छवि। (छवियाँ रेफरी से reproduced। 25।) यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

प्रोटोकॉल में, कई महत्वपूर्ण कदम उठाए हैं। नमूने की तैयारी पहले, जब, नैनोकणों के घनत्व के कणों के बीच plasmonic युग्मन से बचने के लिए, बहुत अधिक नहीं होना चाहिए। दो या दो से अधिक कणों को एक दूसरे के बहुत करीब हैं, तो LSPR तरंग दैर्ध्य में युग्मन के परिणाम इस प्रकार काफी nonlinearity को कम करने, अब तरंग दैर्ध्य की ओर जा रहा। हालांकि, इस इमेजिंग तकनीक वास्तव में के बजाय स्वयं कण की, plasmonic मोड के वितरण के नक्शे। इसलिए, यह एक उपयुक्त उत्तेजना तरंग दैर्ध्य के साथ युग्मित plasmonic मोड भी मजबूत बिखरने nonlinearity दिखा सकते हैं और बढ़ाया संकल्प के साथ imaged किया जा सकता है कि उम्मीद है। दूसरा, यह इस प्रकार दो AOMs के बीच की धड़कन के उपयोग को प्रेरित करने, उत्तेजना बीम के भीतर शुद्ध sinusoidal मॉडुलन उत्पादन करने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। संकल्प वृद्धि अरेखीय हैं, तो बिखरने संकेत मॉडुलन के nonlinear भागों निकालने (हार्मोनिक आवृत्ति घटकों) पर निर्भर करता हैविरूपण उत्तेजना मॉडुलन में, तो निकासी अधिक कठिन हो जाएगा मौजूद है। इसके अलावा, मौजूदा योजना में, एक व्यकिकरणमीटर सेटअप पिटाई मॉडुलन के उत्पादन के लिए प्रयोग किया जाता है, तो व्यकिकरणमीटर में दो बीम के संरेखण भी संभव के रूप में एक मॉडुलन गहराई के रूप में बड़े लक्ष्य को हासिल करने के लिए महत्वपूर्ण है। तीसरा, यह संकेत nonlinearity (डिटेक्टर, एम्पलीफायर, ए / डी कनवर्टर, और कंप्यूटर आई / ओ भी शामिल है) का पता लगाने प्रणाली से ही नहीं उठता कि यह सुनिश्चित करने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। इसलिए, विशेष ध्यान पहचान प्रणाली गतिशील सीमा के भीतर काम कर रहा है कि गारंटी करने के लिए आवश्यक है। गतिशील रेंज शोर स्तर से डिटेक्टर संतृप्ति के लिए, वह यह है कि पहचान प्रणाली linearity के क्षेत्र के रूप में परिभाषित किया गया है। वर्तमान मामले में, पता लगाया वोल्टेज संकेत 1 वी नीचे रैखिक है, और शोर का स्तर 10 -4 वी के नीचे है इसलिए, सिस्टम में कम से कम 10 4 के एक गतिशील रेंज प्रदान करता है। संकेत nonlinearity से निकलती है कि यह सुनिश्चित करने के लिएसोने nanoparticle ही है, नहीं पहचान प्रणाली से, यह गतिशील रेंज के भीतर readout के मूल्य को बनाए रखने के लिए आवश्यक है। चौथा महत्वपूर्ण कारक नमूना के यांत्रिक स्थिरता है। Nonlinearity लक्षण वर्णन के दौरान, यह नैनोकणों ही फोकल हवाई जहाज़ में रहते हैं कि आवश्यक है। Nanoparticle या नमूना मंच का अक्षीय बहाव गंभीर रूप से nonlinearity मूल्यांकन की सटीकता को प्रभावित करती है। नैनोकणों के साथ काम करते हैं, इसलिए, यह आसानी से प्रकाश उत्तेजना के तहत चारों ओर कदम नहीं है कि कणों खोजने के लिए महत्वपूर्ण है। दूसरी ओर, यह लिथोग्राफी से हो गई नमूनों के साथ काम करने के लिए भी संभव है। इस मामले में, सूक्ष्म चरण स्थिरता मुख्य सीमित कारक है। बहुत स्थिरता वृद्धि कर सकते हैं कि स्थिति प्रतिक्रिया नियंत्रण के साथ चरण हैं। मंच आंदोलन आम तौर पर बहुत धीमी है के बाद से वैकल्पिक रूप से, (उदाहरण के लिए, 10 मिनट में 1 माइक्रोन), यह एक xyz 3 डी छवि ढेर अधिग्रहण जैसे 10 छवियों 100 एनएम अक्षीय separatio के साथ करने के लिए उपयोगी हैएन प्रत्येक अलग तीव्रता मूल्य पर आसन्न छवियों के बीच। तब विश्लेषण चरण के दौरान, प्रत्येक ढेर से बाहर उज्जवल छवि कि तीव्रता में प्रतिनिधि छवि के रूप में चुना जाना चाहिए।

सिद्धांत रूप में, सक्सेना और संतृप्त संरचित रोशनी माइक्रोस्कोपी (SSIM) 26 में शामिल हैं जो संतृप्ति आधारित तकनीक का संकल्प, प्रदर्शन कोई कम के रूप में उच्च आदेश nonlinearity (उच्च हार्मोनिक आवृत्ति घटकों) प्राप्त किया जा सकता जब तक कि सीमा। उच्च आदेश हार्मोनिक demodulation घटक को निकाला है, खासकर जब फिर भी, व्यवहार में, संकल्प, संकेत करने वाली शोर अनुपात (SNR) द्वारा सीमित है। SNR में वृद्धि कर सकते हैं कि कुछ रणनीतियों रहे हैं। उदाहरण के लिए, यह मॉडुलन आवृत्ति गंभीर रूप से SNR 27 को प्रभावित करता है कि दिखाया गया है। यह केवल संतृप्त संकेत (तैयारी में पांडुलिपि) को निकालने के लिए गैर संतृप्त और संतृप्त संकेतों के बीच तीव्रता अंतर की गणना के द्वारा SNR बढ़ाने के लिए भी संभव है।

28-30 स्विचन सहित fluorophores के nonlinearities पर भरोसा किया है, याप्रतिदीप्ति उत्सर्जन 22,26,31 की संतृप्ति द्वारा। हालांकि, प्रतिदीप्ति विशेष रूप से मजबूत प्रकाश रोशनी के तहत, तस्वीर विरंजन का अभिन्न समस्या दर्शाती है। इस अध्ययन से कोई विरंजन मुद्दा 21 के बाद से वहाँ GNSS की saturable बिखरने सुपर संकल्प माइक्रोस्कोपी का एक होनहार विधि है कि प्रदर्शन किया। सक्सेना माइक्रोस्कोपी प्रतिदीप्ति के उपयोग के पिछले अध्ययनों की तुलना में, saturable बिखरने के साथ संकल्प वृद्धि के कारण संभवतः उच्च आदेश nonlinearity 22 को, इस जांच में काफी ज्यादा था। SSIM 26: इसके अलावा, सक्सेना माइक्रोस्कोपी के अलावा अन्य, संतृप्ति पर आधारित एक और सुपर संकल्प तकनीक है। सक्सेना माइक्रोस्कोपी अस्थायी मॉडुलन का इस्तेमाल करता है, जबकि SSIM, Nonlinear संकेतों को निकालने के लिए किनारे के स्थानिक मॉडुलन का लाभ उठाते। इस गैर विरंजन बिखरने की संतृप्ति संपत्ति के साथ, इसलिए यह व्यापक क्षेत्र बीमार तहत स्थानिक संकल्प में सुधार करने के लिए इस खोज SSIM के साथ जोड़ा जा सकता है कि उम्मीद हैumination।

भविष्य अनुप्रयोगों में, इस plasmonic सक्सेना तकनीक न केवल plasmonic सर्किट में गूंज मोड वितरण और गतिशीलता को हल करने के लिए, लेकिन यह भी जैविक ऊतक इमेजिंग के संकल्प को बढ़ाने के लिए उपयोगी हो जाएगा। इसी संकल्प वृद्धि ऐसे सिलिकॉन के रूप में 32 अन्य plasmonic ऐसी चांदी (अप्रकाशित) के रूप में सामग्री, और साथ ही गैर-plasmonic सामग्री के साथ प्रदर्शन किया गया है। सुपर संकल्प इमेजिंग क्षेत्र में, सक्सेना माइक्रोस्कोपी कई मायनों में फायदे हैं। स्टोकेस्टिक ऑप्टिकल पुनर्निर्माण माइक्रोस्कोपी (तूफान) और फोटो सक्रिय स्थानीयकरण माइक्रोस्कोपी (पाम) की तुलना में, सक्सेना माइक्रोस्कोपी छवि प्रति केवल कुछ सेकंड के लिए एक तेजी से स्कैनिंग गति है। प्रेरित उत्सर्जन कमी (STED) माइक्रोस्कोपी की तुलना में, केवल एक लेजर काफी ऑप्टिकल जटिलता को कम करने, सक्सेना माइक्रोस्कोपी के लिए आवश्यक है। SSIM की तुलना में, सक्सेना के संकल्प के साथ दोनों पार्श्व और अक्षीय दिशाओं में सुधार हुआ है। के अतिरिक्तएक पर्याप्त इमेजिंग गहराई को प्राप्त, उत्तेजना या संग्रह की किरण मार्ग के किनारे यादृच्छिक बिखरने महत्वपूर्ण है। तूफान, पाम, और SSIM तरह चौड़े क्षेत्र तकनीकों के लिए, छवियों के ऊतकों में उत्सर्जित प्रतिदीप्ति फोटॉनों की यादृच्छिक बिखरने के लिए अत्यधिक अतिसंवेदनशील है, जो एक कैमरा के साथ कब्जा कर रहे हैं। STED और सक्सेना की तरह बात-स्कैन तकनीक के लिए, प्रतिदीप्ति संकेतों एक बिंदु डिटेक्टर द्वारा एकत्र की है, ताकि वे ऊतक बिखरने के खिलाफ और अधिक मजबूत कर रहे हैं। फिर भी, STED फोकस में एक डोनट किरण प्रोफ़ाइल बनाने के लिए एक चरण प्लेट की आवश्यकता है, और चरण जानकारी के ऊतकों में बीम प्रचार के दौरान खराब हो सकता है। इसलिए, सक्सेना माइक्रोस्कोपी गहरी ऊतक सुपर संकल्प इमेजिंग के लिए इन तौर-तरीकों के बीच में सबसे अच्छा होना चाहिए।

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
microscope body Olympus, Japan BX-51
objective lens Olympus, Japan UPlanSapo, 100X, NA 1.4
80-nm gold colloid BBI Solutions, UK EM.GC80
supercontinuum laser Fianium, United Kingdom SC400-2-PP
broadband dielectric mirrors Thorlabs, USA BB1-E02
field emission SEM JEOL, Japan JSM-6330F optional
spectrometer Andor Technology, UK Shamrock 163
charge-coupled device Andor Technology, UK iDus DV420A-OE
acousto-optic modulators IntraAction Corp., USA AOM-402AF1
lock-in amplifier Stanford Research Systems, USA SR-830
MAS-coated slide glass Matsunami Glass, Japan, S9215

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References

  1. Fang, N., Lee, H., Sun, C., Zhang, X. Sub-diffraction-limited optical imaging with a silver superlens. Science. 308 (5721), 534-537 (2005).
  2. Lee, B., Kim, S., Kim, H., Lim, Y. The use of plasmonics in light beaming and focusing. 34 (2), 47-87 (2010).
  3. Lal, S., Link, S., Halas, N. J. Nano-optics from sensing to waveguiding. Nature Photon. 1 (11), 641-648 (2007).
  4. Kawata, S., Inouye, Y., Verma, P. Plasmonics for near-field nano-imaging and superlensing. Nature Photon. 3 (7), 388-394 (2009).
  5. Homola, J., Yee, S. S., Gauglitz, G. Surface plasmon resonance sensors: review. Sensor. Actuat. B-Chem. 54 ((1-2)), 3-15 (1999).
  6. Nie, S., Emory, S. R. Probing single molecules and single nanoparticles by surface-enhanced Raman scattering. Science. 275 (5303), 1102-1106 (1997).
  7. Hache, F., Ricard, D., Flytzanis, C. Optical nonlinearities of small metal particles - surface-mediated resonance and quantum size effects. J. Opt. Soc. Am. B. 3 (12), 1647-1655 (1986).
  8. Balamurugan, B., Maruyama, T. Evidence of an enhanced interband absorption in Au nanoparticles: Size-dependent electronic structure and optical properties. Applied Physics Letters. 87 (14), 143105 (2005).
  9. Link, S., El-Sayed, M. A. Size and temperature dependence of the plasmon absorption of colloidal gold nanoparticles. J. Phys. Chem. B. 103 (21), 4212-4217 (1999).
  10. Kelly, K. L., Coronado, E., Zhao, L. L., Schatz, G. C. The optical properties of metal nanoparticles: The influence of size, shape, and dielectric environment. J. Phys. Chem B. 107 (3), 668-677 (2003).
  11. Kauranen, M., Zayats, A. V. Nonlinear plasmonics. Nature Photon. 6 (11), 737-748 (2012).
  12. Homola, J. Present and future of surface plasmon resonance biosensors. Anal Bioanal Chem. 377 (3), 528-539 (2003).
  13. Jain, P. K., El-Sayed, I. H., El-Sayed, M. A. Au nanoparticles target cancer. Nano Today. 2 (1), 18-29 (2007).
  14. Wada, O. Femtosecond all-optical devices for ultrafast communication and signal processing. New J. Phys. 6 (183), Forthcoming.
  15. Elim, H. I., Yang, J., Lee, J. Y., Mi, J., Ji, W. Observation of saturable and reverse-saturable absorption at longitudinal surface plasmon resonance in gold nanorods. Appl. Phys. Lett. 88 (8), 083107 (2006).
  16. Ros, I., Schiavuta, P., Bello, V., Mattei, G., Bozio, R. Femtosecond nonlinear absorption of gold nanoshells at surface plasmon resonance. Phys. Chem. Chem. Phys. 12 (41), 13692-13698 (2010).
  17. De Boni, L., Wood, E. L., Toro, C., Hernandez, F. E. Optical Saturable Absorption in Gold Nanoparticles. Plasmonics. 3 (4), 171-176 (2008).
  18. Gurudas, U., et al. Saturable and reverse saturable absorption in silver nanodots at 532 nm using picosecond laser pulses. J. Appl. Phys. 104 (7), 073107 (2008).
  19. Bohren, C. F., Huffman, D. R. Absorption and scattering of light by small particles. , John Wiley & Sons Inc. (1983).
  20. Chu, S. W., et al. Saturation and reverse saturation of scattering in a single plasmonic nanoparticle. ACS Photon. 1 (1), 32-37 (2014).
  21. Chu, S. W., et al. Measurement of a saturated emission of optical radiation from gold nanoparticles: application to an ultrahigh resolution microscope. Phys. Rev. Lett. 112 (1), 017402 (2014).
  22. Fujita, K., Kobayashi, M., Kawano, S., Yamanaka, M., Kawata, S. High-resolution confocal microscopy by saturated excitation of fluorescence. Phys. Rev. Lett. 99 (22), 228105 (2007).
  23. Smith, K. C. A., Oatley, C. W. The scanning electron microscope and its fields of application. Brit. J.Appl. Phys. 6 (11), (1955).
  24. Yu, J. Y., et al. A diffraction-limited scanning system providing broad spectral range for laser scanning microscopy. Rev. Sci. Instru. 80 (11), 113704 (2009).
  25. Lee, H., et al. Point spread function analysis with saturable and reverse saturable scattering. Opt. Express. 22 (21), 26016-26022 (2014).
  26. Gustafsson, M. G. L. Nonlinear structured-illumination microscopy: Wide-field fluorescence imaging with theoretically unlimited resolution. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 102 (37), 13081-13086 (2005).
  27. Yonemaru, Y., Yamanaka, M., Smith, N. I., Kawata, S., Fujita, K. Saturated Excitation Microscopy with Optimized Excitation Modulation. ChemPhysChem. 15 (4), 743-749 (2014).
  28. Betzig, E., et al. Imaging intracellular fluorescent proteins at nanometer resolution. Science. 313 (5793), 1642-1645 (2006).
  29. Hell, S. W. Far-field optical nanoscopy. Science. 316 (5828), 1153-1158 (2007).
  30. Huang, B., Wang, W. Q., Bates, M., Zhuang, X. W. Three-dimensional super-resolution imaging by stochastic optical reconstruction microscopy. Science. 319 (5864), 810-813 (2008).
  31. Heintzmann, R., Jovin, T. M., Cremer, C. Saturated patterned excitation microscopy - a concept for optical resolution improvement. J. Opt. Soc. Am. A. 19 (8), 1599-1609 (2002).
  32. Tzang, O., Pevzner, A., Marvel, R. E., Haglund, R. F., Cheshnovsky, O. Super-Resolution in Label-Free Photomodulated Reflectivity. Nano Lett. 15 (2), 1362-1367 (2015).

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