Name: Evanescent Alan Bazlı photoacoustics: Optik Mülkiyet Değerlendirme Yüzeylerde (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-26T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 21 s
Description: Öğrenin, evanescent alan bazlı fotoakustik yöntemle sıvı, katı ve saydam ince filmlerin optik özelliklerini tek cihazda nasıl karakterize edeceğinizi. Bu teknik, kalınlık ve kırılma indisi ölçümü için güvenilir bir protokol sunar.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bu proje Ulusal Bilim Vakfı Brige Ödülü (1221019) tarafından finanse edildi.

1. Sistem kurma <ol><li> Bir 10 MHz ultrasonik güç ön yüzüne 9 mm çapında, 1 mm kalınlığında, kırmızı lateks kauçuk silindir uygun ve 6 mm kalınlığında bir 9 mm çapında, 1 mm kalınlığında, kırmızı lateks kauçuk silindir bağlı siyanoakrilat epoksi kullanımı siyanoakrilat epoksi kullanarak Daha sonra referans ultrasonik güç aynı şekilde epoxied olan akrilik blok akustik ayırıcı olarak hareket etmek. </li><li> İlk lazer tarafından vurulduktan bir ışın genişletici sahip bir optik tren ayarlayın. Sonra manuel ayarlanabilir diyafram ikinci yerleştirin. Nihayet üçüncü eleman olarak bir polarize ışın ayırıcı küp kullanmak ve olmayan polarize ışın ayırıcı her çıkışta EFPA prizma tutucu ultrasonik dönüştürücüyü değil EFPA prizma tutucu ve dönüştürücüyü yerleştirin. Not: polarize edici demet bölücü küp bu her EFPA teknikleri doğru bir şekilde çalışması için önemli olduğu uyarma için saf tek polarizasyon sağlamak için kullanılır. </li><li> masraf ExpandYAG lazer: q-anahtarlı ND en az 3X bir ışın genişletici yaratmak için lensler kullanarak lazer ışını ing. Not: ışın insidansı değişen açılarda prizmasından kırılma nedeniyle kapalı yürümek lazer ışığına rağmen düzgün sensör fonksiyonunu sağlamak amacıyla örnek dönüştürücüye lateks kauçuk emici göre kasıtlı büyük boyutlu. </li><li> prizma yakın montaj düz tarafı dijital seviyesini kullanarak bir 0 ° açı ayarlanır şekilde optik tren ve EFPA prizma tutucu aynı hizaya getirin. Bu deneyler sırasında tahsil edilecektir açısal spektrum verileri için doğru bir başlangıç ​​noktası sağlamaktadır. </li><li> Bağlayın ve bilgisayar osiloskop, step motor sürücüsü, ultrasonik dönüştürücüler ve XY motorları gibi harici cihazlara güç. Fiziksel dönüştürücüyü bağlanamıyor EFPA prizmanın içinde CH0 monte ve fiziksel olarak EFPA prizması içinde dönüştürücü 50 ohm BNC kablolar aracılığıyla Ch1 monte bağlayın. Yazılım tanımak için önceden programlanırBu özel kanallardan kostik sinyaller. </li></ol> 2. EFPA Sistemi başlatma ve Optik Hizalama <ol><li> El ile bir 1 mm çapa ışını engellemek için ayarlanabilir diyafram ayarlayın. </li><li> Programlama yazılımı (örneğin, LabVIEW) başlatın, prizma / numune arayüzünde 70 ° uyarma için gerekli açıya montaj taşımak için yeşil &quot;hareket&quot; düğmesine basarak 70 ° açısını ayarlamak. </li><li> Uygun lazer güvenlik gözlükleri kullanarak (532 nm OD 7+), yan dik lazer ışınına prizma içine bakmak ve elle X sahneye taşımak ve Y 1 mm lazer nokta floresan görünür oluncaya kadar elle tekerlekleri kullanarak eksenleri lastik lateks. ışın lateks merkezli olduğundan emin olun. </li><li> maksimum açılması elle ayarlanabilir diyafram genişletin ve (kırmızı l EFPA prizma montaj lazer enerjisi ölçüm foto akustik sinyal hem sağlamak için programın çalışan ön panelinde bakmakine) ve lazer enerjisi ölçüm tarafı (beyaz hattan foto akustik sinyal) görünür ve yaklaşık aynı genlik vardır. </li><li> &quot;DUR&quot; butonuna basarak programı durdurun. Not: tuşuna basıldığında ise prizma manuel olarak test devam etmeden önce sıfırlamak zorunda olacak. başlatma protokolü tamamlandıktan sonra, TIRPAS, PAS / TIRPAS refraktometre veya OTPAS gerçekleştirilebilir. </li></ol> 3. TIRPAS Teknik <ol><li> Şekil 3&#39;te gösterildiği gibi, sonra, prizma merkezi üzerine kullanılan prizma tipine uygun daldırma yağ indeksi, 2.5 ul koyun. Plastik prizma montaj adaptörü prizma koyun ve bunun üzerine bir alt-tabaka koyarak yağ sandviç yağ tabakası. </li><li> Şekil 3&#39;te gösterildiği gibi, EFPA transdüktörün monte edilen dönüştürücüye bağlı lateks kauçuk numunenin 25 ul koyun, böylece kabarcık oluşumu olmadan kat tüm yüzeyi olduğu. örnek canBu boya çözeltisi, bir biyolojik sıvı ya da bir çözelti içinde süspansiyon haline getirilmiş, bir analit olarak herhangi bir optik olarak emici malzeme olabilir. örnek herhangi bir şekilde hazırlanması gerekmektedir. prizma monte ve her vida için 16.75 g / mm bir dizi torkla montaj vidalarını birlikte montaj sıkın sıkıştırın. </li><li> &quot;Kur&quot; sekmesini seçin ve açılan menüden &quot;Setup&quot; seçeneğini seçin. </li><li> Programı başlıklı OTPAS ince film analyzer_USB-5133.vi (Ek Dosya) çalıştırın. </li><li> Şekil 4&#39;te gösterildiği gibi, numune tarafından üretilen akustik sinyal görüntüsü. Not: insidans açısı numunenin daha ince ya da daha kalın bir optik bölümleri gözlemlemek için kaybolan alan optik penetrasyon derinliğini kontrol etmek için değiştirilebilir. </li></ol> 4. PAS / TIRPAS Refraktometri <ol><li> Şekil 3&#39;te gösterildiği gibi, plastik prizma montaj adaptörü prizma yerleştirin. Daha sonra, th üzerine, kullanılan prizmanın tipine uygun daldırma yağ endeksinin 2.5 ul yerleştirinE prizma merkezi ve yağ tabakasının üzerine bir alt-tabaka koyarak yağ sandviç. </li><li> . Şekil 3&#39;te görüldüğü gibi EFPA transduser olarak dönüştürücüye monte bağlı kauçuk parça üzerine numunenin 25 ul yerleştirin prizma monte ve her vida için 16.75 g / mm bir dizi torkla montaj vidalarını birlikte montaj sıkın sıkıştırın. </li><li> &quot;Eğik Spectrum&quot; sekmesini seçin ve açılır menüden üzerine &quot;Açısal Spectrum&quot; seçeneğini seçin. Sonra, Tablo 1 &#39;de gösterildiği gibi, programa uygun parametreler. </li><li> Programı çalıştırın ve açısal spektrum tamamlanmış ve program sona erene kadar bekleyin. </li><li> Sağ açısal spektrum grafiğinde tıklayın ve verileri kaydetmek ve .csv dosyasını açmak için &quot;excel İhracat → İhracat verileri&quot; seçeneğini seçin. <ol><li> Bir grafik programında bu verileri (örneğin, KaleidaGraph) açın ve &quot;Makrolar&quot; yazılı ve seçme &amp; # üzerinde bir sayısal türevi gerçekleştirmek34 Türev &quot;. Girdi uygun sütunlar üzerinde türevini almak ve basın&quot; &quot;Tamam ve sayısal türev hesaplanacaktır. </li><li> açı vs sayısal türev grafik ve &quot;Eğri uygun&quot; seçeneğini seçin. &quot;Smooth&quot; seçeneğini 5,18,98 seçin ve veri gürültü düzeltmek için sığdırmak için &quot;Eğrisi uygun seçimler&quot; başlığı altında veri onay kutusunu işaretleyin. &quot;Görünüm&quot; başlığı altında aşağı oku seçin ve başka bir sütuna eğri fit veri ayıklamak için &quot;veri penceresine kopyala eğri uyum&quot; seçeneğini seçin. </li></ol></li><li> El ile TIRPAS rejimlerine PAS bir geçiş gösterir, yerel minimum ve geliş karşılık gelen açıyı bulmak için eğri üzerinden arama. Şekil 5&#39;te gösterildiği gibi, bu minimum hesaplanan kritik açıya karşılık gelir. Denklemi n örnek = n prizma sin θ C ile dalga bilinmeyen numune hacimli refraktif indeks hesaplanmasıuzunluğu lazer sorgulama için de kullanılır. Tipik sonuçlar, Tablo 1 &#39;de gösterilmektedir. </li></ol> 5. OTPAS <ol><li> prizma ortasına (kullanılan cam tipine uygun dizin) immersiyon 2.5 ul koyun. </li><li> (Uzak prizmadan) test edilecek filmi yüzü yukarı film veya alt tabakayı yerleştirin ve hiçbir kabarcıklar yerleştirme sırasında oluşan emin olun. Not: kabarcıklar oluşturan ise, örnek film veya alt tabakayı kaldırmak ve uygulama yeniden deneyin. </li><li> lateks kauçuk immersiyon 25 ul yerleştirin kabarcık oluşumu olmadan daldırma yağ mont tüm yüzey böylece. </li><li> Şekil 3&#39;te görüldüğü gibi. Alt tabaka / film tabakalarının sıkıştırmak her vida için aynı olmalıdır 16.75 g / mm bir dizi tork montaj vidalarını sıkın. Not: protokolünde Tork anahtarı, oz.-in. nedenle 16.75 g / aa ~ 15 oz.-in. olduğunu </li><li> &quot;Eğik Spectrum&quot; sekmesini seçin ve erkekler açılır üzerinde &quot;Açısal Spectrum&quot; i seçinu. Sonra, Tablo 3&#39;te gösterildiği gibi, programa uygun parametreler. </li><li> Programı çalıştırın ve açısal spektrum tamamlanmış ve program sona erene kadar bekleyin. </li><li> Şekil 6&#39;da gösterildiği gibi (daha önce yapılmadı hangisi) alt tabaka veya film kullanarak adımlar 5.1-5.6 gerçekleştirerek testi yeniden çalıştırın. </li><li> açılan kutuda &quot;Eğrisi Montaj&quot; seçin ve &quot;Eğri uydurma&quot; sekmesini seçin. Sonraki, Tablo 5&#39;te gösterildiği gibi giriş uygun parametreler. &quot;Örnek&quot; altında filmi tarama seçin. &quot;Yüzey&quot; altında tabaka tarama seçin. </li><li> Tablo 4&#39;te gösterildiği gibi, tarama için giriş kırılma indisi, polarizasyon ve diğer seçenekler, daha önce adımlar 5,1-5,6 çalışır. </li><li> açılan kutuda &quot;Montaj Eğrisi&quot; seçerek ve &quot;Eğri Uydurma&quot; sekmesini seçerek programı çalıştırın. kırılma indeksi ve kalınlık altında gözlemlemek4;. Film RI &quot;ve&quot; programın grafik kullanıcı arayüzü sağ üst köşesinde gösterilen filmi &quot;kalınlığı Tipik veri Şekil 7&#39;de gösterilmiştir. </li><li> Adım 5.10 ve tekrar veri toplu fit taramalarının sayısını girilmesi ve çıkış için bir .csv dosyasını seçerek bir kerede birçok tarama sığdırmak için &quot;Toplu uygun&quot; seçeneğini kullanın. Not: Program çalıştırıldıktan sonra o .csv veri ve çıkış tüm kırılma indeksi, kalınlığı ve kalıntı değerleri her set uyacaktır. Bu iş için için, taramalar vb scan_001.csv, tarama 002.csv gibi sayısal listesinde olmalıdır </li></ol>

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarları olduğunu beyan ederim.

Malzemelerin nano ölçekte karakterizasyonu için cihazların kullanımı, zor ve maliyetli toplumsal sorunları çözmek için yeni malzemeler ve malzeme kombinasyonları üretmek için şüphesiz gelecekte de devam edecektir. Elipsometri, atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ve geleneksel fotoakustik gibi birçok yöntem, az sayıda alternatif nedeniyle doğal sınırlamalarına rağmen şu anda malzeme özelliklerini nano ölçekte değerlendirmek için kullanılmaktadır. EFPA, malzemeleri nano ölçekte karakterize etmek için tek bir araç sağlamak üzere fotoakustik etkinin tipik sınırlamalarının ötesine geçebilen konsolide bir dizi teknik olarak umut vaat ediyor.
Burada açıklanan protokol ve ilgili alt teknikleri, bir malzemenin hem toplu hem de ince film kırılma indislerini, film kalınlığını tahmin etme yeteneğine sahiptir ve çeşitli biyoalgılama uygulamaları için algılama yeteneklerine sahiptir. OTPAS, filmlerin kendilerinin doğal olarak emici pigmentasyon içermemesine rağmen, nanometre ölçekli filmlerin kalınlığını ve kırılma indisini tahmin edebilme avantajına sahiptir. Birleştirilmiş bir teknikler dizisi olarak EFPA'nın elipsometri, atomik kuvvet mikroskobu ve geleneksel fotoakustik etki gibi tekniklere göre birkaç avantajı vardır. İlk avantaj, EFPA'nın kurulumunun nispeten ucuz olmasıdır. Tipik bir EFPA kurulumu, hem yığından hem de yüzeyden kırılma indisini tahmin edebilir, kalınlığı tahmin edebilir ve emici malzemeleri araştırabilir ve kurulumu yaklaşık 5,000 ABD dolarına mal olur. Buna karşılık, AFM kurulumlarının maliyeti yaklaşık 50,000 ABD dolarıdır ve optik özellikleri tahmin edemez. İkinci olarak, EFPA, giriş parametresi hatasının sonuçlarda farklılıklara neden olabileceği elipsometride olduğu gibi karmaşık etkileşimler olmadan bu özellikleri birkaç dakika içinde tahmin edebilir. Son olarak, EFPA, geleneksel fotoakustik efektle karşılaştırıldığında, 200 nm filmlerin6 kalınlığını tahmin edebildiği için 100 kat daha küçük eksenel çözünürlüğe sahipken, benzer lazerler ve kurulum82 kullanıldığında geleneksel fotoakustik etki 7.500 nanometre ile sınırlıdır. Uygun bir şekilde, hemen hemen her malzeme, optik araştırma sistemlerinde kullanımlarında toplu olarak işlevsel farklılıklar yaratan emici özelliklerin yanı sıra bağımsız ve farklı yüzey ve toplu kırılma indisi özelliklerine sahiptir.
Protokoldeki kritik adımlar üç temel hususa indirgenir. İlk olarak, ister sıvı ister film olsun, numunenin optik olarak bağlanması, güvenilir ve tekrarlanabilir sonuçlar elde etmek için çok önemlidir. Daldırma yağı veya numune içindeki hava kabarcıkları, kalınlığın, kırılma indisinin yanlış karakterizasyonuna ve bazı durumlarda, ultrasonun çok farklı akustik empedans değerleri nedeniyle bir sıvı/hava arayüzünden yeterince geçememesi nedeniyle dönüştürücünün uyarılmış numuneye karşı tam bir hassasiyet eksikliğine yol açacaktır. İkincisi, OTPAS ile ilgili olarak, EFPA henüz uyarma alanı içindeki kalınlık farklılıklarını belirleyemediğinden, tarama sırasında tutarlı kalınlık değerleri sağlamak için lazer ışını tarafından ışınlanan alanda homojen olarak kalın olan bir numune. Son olarak, yine OTPAS ile ilgili olarak, numune filmin kullanılan dalga boyuna göre şeffaf olması gerekir. Bu, OTPAS'ın kalınlık ve kırılma indisi değerlerini nasıl bulduğunu açıklayan matematiksel denklemlerde yapılan temel bir varsayımdır. Absorpsiyon, gelen ışığın %1'inden fazlasının film tarafından emilmesine yetecek kadar önemliyse, karakterizasyon filmin gerçek kalınlığı ve kırılma indisi değerleriyle eşleşmeyecektir.
EFPA tekniğinde değişiklikler nispeten kolaylıkla yapılabilir ve daha etkili taramalar veya işlevsellik için diğer bileşen türleri ikame edilebilir. Bir EFPA sistemi oluştururken ele alınması gereken tek önemli konu şunlardır. İlk olarak, bir prizma montajını otomatik olarak döndürmek ve küçük (0,05 derece) artışlarla akustik sinyaller almak için bir yönteme sahip olmak çok önemlidir. İkincisi, fotoakustik etkiyi kullanarak numuneleri uyarmak için nanosaniyelik bir darbe genişliğine veya daha kısa lazer sistemine sahip olmak. Üçüncüsü, kalınlığı ve yığın/ince film kırılma indisini tahmin etmek için matematiksel eğri uydurma ve sayısal türevler yapmak için verileri elde etmek için bir grafik kullanıcı arayüzüne veya programına sahip olmak.
EFPA'nın üç temel sınırlaması vardır. Birincisi, TIRPAŞ kullanarak toplu kırılma indisini, ince film kırılma indisini, kalınlığını bulmak veya malzemeleri tespit etmek için, numunenin temas halinde olduğu prizma veya alt tabakanınkinden daha düşük bir kırılma indisine sahip olması gerekir, böylece bu tekniklerin üçünün de temeli olan toplam iç yansıma meydana gelebilir. İkinci sınırlama, EFPA'nın şu anda kalınlığı, kırılma indisini tahmin etmek ve özelliklerin tespiti için fiziksel temas gerektirmesidir. Son sınırlama, EFPA'nın bir alt tekniği olan OTPAS'ın şu anda ilgilenilen ince filmin kalınlığını ve kırılma indisini tahmin etmek için optik olarak şeffaf malzemeler gerektirmesidir.
Bu tür konsolide cihaz, araştırma çekirdekleri ve endüstriyel ortamlar dahil olmak üzere karakterizasyon ortamlarında birçok uygulama bulabilir. EFPA teknikleriyle ilgili gelecekteki çalışmalar, enstrümantasyon ve translasyon/rotasyonel aşamalardaki iyileştirmeler yoluyla kırılma indisi doğruluğunun iyileştirilmesine odaklanmıştır. Ek ilerlemeler, biyolojik sistemlerde en yaygın olarak bulunduğu gibi, zayıf emici malzemeleri karakterize etmek için daha küçük miktarlarda emici malzemelerin tespiti için sinyal-gürültü oranının iyileştirilmesine odaklanacaktır.

Lensler üzerinde yansıma önleyici kaplamalar da dahil olmak üzere optik cihazların bir dizi için ince film malzemelerin oluşturulması yeni bakış açıları sağlamıştır 1,3,4,6,7,10,13-16 optik malzemeler, anlayış gelişmeler, yüksek sönme oranı optik filtreler ve son derece emici döşeme dalga kılavuzları 17. Bu gelişmeler iteratif iyileştirme yardımcı böyle Elipsometri 4,6,18, temas açısı ölçümü, atomik kuvvet mikroskobu 7,11,19 ve tarama / transmisyon elektron mikroskobu gibi birçok karakterizasyon teknikleri, kullanımı olmadan mümkün olmazdı doğrudan önlemler veya temel optik malzeme özelliklerinin dolaylı tahminler sağlayarak bu teknolojiler. malzemeler doğrudan işlevini ve optik uygulamalarda kullanımını etkileyen olay fotonlar, nasıl etkileşimde gibi kırılma indeksi gibi özellikleri, idare söyledi. Bununla birlikte, bu tekniklerin her biri sınırlama çözünürlülüğü ile ilgili olanyon, numune hazırlama, maliyet ve karmaşıklığını ve her tam malzemeyi karakterize etmek için gerekli verilerin sadece bir alt kümesini oluşturur. Bu fani alan bazlı photoacoustics (EFPA) 5,6,15,18,20-49 olarak bilinen tekniklerle, yeni bir dizi Şekil 1&#39;de gösterildiği gibi, söyleniyor, konsolide olarak nano malzeme özelliklerini tahmin etmek potansiyele sahiptir deneylerin ayarlayın. EFPA toplam iç yansıma foto akustik spektroskopi (TIRPAS) 23,25,26,33-35,43-45, foto akustik spektroskopi / toplam iç yansıma foto akustik spektroskopi Refraktometri (PAS / TIRPAS Refraktometri) 18 ve optik tünel foto akustik alt teknikleri kapsar spektroskopisi (OTPAS) 6, ve dökme ve ince film kırılma endeksi film kalınlıkları tahmin etmek için, hem de bir prizma / numune ya da alt-tabaka / numune ara yüzeyinde emici malzemelerin tespit edilmesi için kullanılmaktadır. EFPA mekanizmasını anlamak için, tek birİlk ışık ultra-kısa (&lt;mikro-saniye) darbe emilimi (Şekil 1) takip eden kromofor hızlı termoelastik genişlemesi ile ultrasonik basınç dalgalarının nesil anlamına gelir foto akustik spektroskopi (PAS), kavramını anlamak gerekir. Bu yazıda tartışılan foto akustik etkisi teorik ve matematiksel çerçeve burada 50-59 elde edilebilir. basınç meydana gelen değişiklik bir ultrasonik mikrofon veya transdüser tarafından tespit edilebilir. Başlangıçta Alexander Graham Bell&#39;in PHOTOPHONE icadıyla 1880 yılında keşfedilen foto akustik etkisi nedeniyle lazer ve mikrofon teknolojisindeki gelişmeler ile 1970&#39;lerin başında &quot;yeniden keşfedilen&quot; ve sonunda ince bir film biyomedikal görüntüleme niş uygulamaları doldurmak için pratik kullanıma girmiştir malzemelerin tahribatsız test analizi. Bu etki matematiksel olarak tek boyutlu dalga denklemleri, burada th ile tarif edilebilir 1,53-57,59-82E dalgası olan basınç (p), hem pozisyon (x) ve zaman (t) değişir basit bir akustik kaynak: <img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation1.jpg" /> formun 64 basit akustik kaynaklar için çözümler <img alt="Equation2" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation2.jpg" /> p basıncı, burada Γ, h, 0 radyan maruz αv s 2 / C α hacmi ısıl genleşme katsayısı p, h medyumu içerisinde ses hızıdır, ve C p sabit basınçta ısı kapasitesi olduğu = lazer ışınının, Cı heyecan ortamdaki sesin hızı, x uzunluk ve t, zamandır. Elde edilen, akustik dalganın büyüklüğü, w, malzemenin optik emme katsayısı doğrudan doğruya dayanan bir uhich sırayla onun ilk optik yoğunluğu 1 / e bozunur kadar hafif hareket mesafesi bir ölçüsüdür optik penetrasyon derinliği, δ, tersidir. Denklem (1) tek boyutlu düzlem dalga kaynağı için genel bir denklem iken, tipik emiciler üç boyutlu bir küresel akustik dalga yayacaktır. Matematiksel açıklama ötesinde nedeniyle doğal olarak mevcut kromofor hemoglobin nedeniyle büyük optik soğurma böyle mikroskobu, tomografi ve yüksek duyarlılığa sahip foto akustik etkisi nedeniyle hatta moleküler görüntüleme gibi foto akustik etkisi 54 açıklıklı birçok görüntüleme yöntemleri uygulamaları. Foto akustik etkisi Diğer uygulamalar bile çeşitli ince film özelliklerinin 15,16,20,21,24,26-32,36-39,41,42,56,83,84 tahminini içerir. Ancak, PAS bazı sınırlamaları var: (1) geniş optik penetrasyon derinliği yüzeylerinde yakın alan optik özelliklerini araştırmak için yeteneğini ortadan kaldırır (2) bunuyayılan akustik enerjiyi yakalayan s etkinliği nedeniyle küresel uzak dedektör enerji çoğunluğunun yayılımı (3) numuneleri dikkate alınan dalga boyu rejiminde kromoforları içermelidir düşüktür. fani alan bazlı teknikleri ile kombine edildiğinde, bununla birlikte, bu sınırlamalar birçok iyileştirilebilir. bir ışık demeti toplam iç yansıma (TIR) ​​maruz kaldığında da fiber optik dalga kılavuzları hesaplama ve telekomünikasyon uygulamaları için ışık büyük mesafeler (km) yol sağlar etkisi Snell Kanunu, tarif edildiği gibi kaybolan alan oluşur. Pratik uygulamalarda, kaybolan alan zayıflatılmış toplam yansıma spektroskopisi (ATR) de dahil olmak üzere, karakterizasyon ve görüntüleme teknolojilerinin çok çeşitli kullanılır. Görüntüleme ilgi numune içine ilk birkaç yüz nanometre içinde sebebiyle ışık hapsi yüksek kontrast elde edilir. kaybolan alan bir exponentiall şeklini alırDenklem 3 ve 4 &#39;de gösterildiği gibi dalga boyu mertebesinde tipik olarak bir optik penetrasyon derinliğine dış ortama doğru uzanan Y çürüyen bir alanı (genellikle yaklaşık 500 nm ya da daha az) kullanılır. <img alt="Equation3" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation3.jpg" /> Ben prizma / numune arayüzünden bir konum z de% olarak ışık şiddeti, nerede olduğunu 0 arayüzünde% ilk ışık yoğunluğu, z nanometre mesafedir ve δ p denklemde gösterildiği gibi optik penetrasyon derinliği böyle küçük bir optik penetrasyon derinliği ile 4., kaybolan alan iki malzemenin arayüzü çok yakın ve iyi optik ve akustik kırınım sınırlarının altında çevre ile etkileşim yapabiliyor. Bu aralık içinde malzeme veya parçacıkların optik özellikleri, yöntem 3 çeşitli saptanabilir bir etkileşim üretimini değiştirebilir alan karıştırmayı veya başka bir şekilde olabilir5,6,10,15,17,18,21,23,25-27,29-47,84-95. Kaybolan teknikler PAS ile bir araya getirildiğinde ortaya çıkan foto akustik dalga, Şekil 1 &#39;de gösterildiği gibi temel photoacoustics teknikleri (EFPA) ailesi. Bu aile içeren kaybolan-alan yaratmak, kaybolan alanı ile etkileşim malzemelerin veya partiküller karakterize etmek için kullanılabilir, ancak, toplam iç yansıma foto akustik spektroskopisi (TIRPAS), optik tünel foto akustik spektroskopisi (OTPAS) ve yüzey plasmon rezonans spektroskopisi foto akustik (SPRPAS) ile sınırlı değildir. İlgilenen okuyucu TIRPAS 5,6,18,23,25,26,33-35,43-47, PAS / TIRPAS Refraktometri 18 için kullanılan denklemlerin matematik için aşağıdaki referanslara bakın ve OTPAS 6 olmalıdır. Her iki durumda da, foto akustik etkisi bir prizmadan basit bir geçirgenliği farklı uyarım mekanizması ile oluşturulur; Örneğin, TIRPAS, ışık evanescently olduğuSPRPAS içinde, uyarma birincil modu yüzey plazmon emilimini yoluyla yerine ise, (örnek malzemenin kendisi veya numune içinde misafir molekülleri içerebilir) kromoforlar bir prizma / substrat / numune arayüzü üzerinden bağlanmış ikinci bir EM dalgası kaybolan alanın enerjisi prizma yüzeyi üzerine biriktirilmiş bir metal tabaka elektron bulutu aktarılır oluşturulur. Tekniklerinin Bu aile aslen Hinoue ve ark. 1980&#39;lerin başında icat ve T. Inagaki ark üzerine geliştirilmiş. SPRPAS icadı ile, fakat ışık kaynakları ve mevcut algılama donanımları teknik sınırlamalar çok az gelişmeyi gördü . (ND: YAG) lazer Daha yakın zamanda, daha önceki araştırmalar duyarlılık ve yardımcı Modern poliviniliden florür (PVDF), ultrasonik detektör ve Q-anahtarlı neodim-takviyeli itriyum alüminyum gamet ile mümkündür arttığını göstermiştir. Özellikle, Nd nanosaniyelik-darbeli: YAGlazerler malzeme ve arabirimler 5,6,15,18,21-29,31-47,84 çeşitli optik özelliklerini değerlendirmek için yararlı araçlar haline EFPA teknikleri sunar tepe gücünün bir 10 6 kat artış ile sonuçlanır 96. Buna ek olarak, daha önceki çalışmalarda da nedeniyle nispeten geniş etki 53,55,57,59 geleneksel foto akustik Spektroskopisi (PAS) teknolojileri ile elde önce hiçbir zaman bir arayüz malzemeleri ile ilgili yapısal bilgi belirlemek için bu tekniklerin yeteneği göstermiştir, 61,62,69,73,75,80,81. Bu yetenek OTPAS tekniği altında aşağıdaki protokoller gösterilir; Bununla birlikte, daha temel bir seviyede üç teknik her teknoloji yeteneklerini belirleyen farklı bir kesin denklem, dayanır. Örneğin, TIRPAS, çabuk kaybolan alan optik nüfuz derinliği, δ &#39;p, öncelikle elde akustik tahrikemici numuneye sinyal yoğunluğu ve tarif edilir: <img alt="Equation4" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation4.jpg" /> λ 1 prizma ortamı ile seyahat ışığın dalga boyu ve ilişki l ile tanımlanmaktadır burada 1 = λ / n 1 n, 1 prizma malzemenin kırılma endeksi olmasıdır. Buna ek olarak, θ uyarım açısına değinmektedir ve n, 21, her ortamın kırılma indekslerinin oranı belirtir ve n 2 örnek malzemenin kırılma endeksi, n 21 = n, 2 / n = 1, ile tanımlanır. Optik penetrasyon derinliği daha büyük, daha fazla malzeme ışınlanmış ediliyor. foto akustik etki için, optik penetrasyon derinliği arttıkça, malzeme bu daha büyük bir akustik sinyal yol açan akustik dalgalar üretebilen heyecanlı ediliyor. <pTIRPAS aksine class = &quot;jove_content&quot;&gt; Ancak, PAS / TIRPAS birincil denklemi Snell kanunu Refraktometri: <img alt="Equation5" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation5.jpg" /> n, 1 prizma kırılma indeksi olduğu, θ 1 prizma / numune arayüzü geliş açısı, n, 2, numunenin kırılma endeksi ve θ 2 saniye boyunca kırılan ışığın açısı orta. Bir malzemenin kırılma endeksi tahmin duyarlılığı esas θ 1 genliği azalan bir alan oluşturur kritik açı, sin 2 = 1 dışında olduğunda elde edilir, toplam iç yansıma İçeride ISTV melerin RWMAIWi&#39;nin 1. tahmininde, doğruluğu ile tahrik edilir ve bu nedenle, Denklem 5 N2 = n, 1 sinθ 1 düşer. (Not: θ 1 =θ sayısal türevi (p tepe foto akustik sinyali voltajı ¸ zirve DP / dθ foto akustik sinyalin numune ile ışık geliş açısı) açıyı bilerek) önemli bir yerel minimum izin verir kullanıcı N2 çözmek ve böylece Şekil 1 &#39;de gösterildiği gibi, bir numunenin hacimli refraktif indeks tahmin sağlar İçeride ISTV melerin RWMAIWi&#39;nin 1 tahmini için. Son olarak, OTPAS olarak, aşağıdaki denklem ile en yüksek gerilime foto akustik zirve% optik iletim ile ilgilidir: <img alt="Equation6" src="/files/ftp_upload/54192/54192equation6.jpg" /> T oranında optik iletim olduğu, s üzerinde bir film ile bir alt-tabaka açısal spektrum tarafından üretilen tepe-tepe voltajıdır, p, 0, açısal spektrumu o tarafından oluşturulan tepe-tepe voltajıdırFA alt-tabaka, β prizması immersiyon kırılma endeksi dayalı bağlanma sabitidir, α zayıflatma faktörü ve kalınlık ve kaybolan alanında örnek filmin kırılma indeks içeren bir etkendir. Bu tekniğin duyarlılığı kalınlık ve kırılma indisi açısal spektrumunda sıklığı her açıda akustik sinyal yoğunlukları, s ve s 0 tepe noktasını tahmin doğruluğu ile tahrik edilir. Β doğrudan prizması immersiyon kırılma indeksleri dayalı olarak hesaplanabilir gösterilmiştir; Sonuç olarak, bunun neticesinde, her açıda optik geçirgenliği hesaplamak ve istatistik eğri uydurma analizi yoluyla filmin kırılma indisi ve kalınlık için tahmini bir değer elde etmek için kolay bir iştir. İlgilenen okuyucu Goldschmidt ark başvurmalıdır. Daha fazla bilgi için. 5,6 TO sistemi kalınlığı, ince film kırılma indeksine, hacimli refraktif indeksi hesaplanmıştır ve algılama için optik emme yoluyla akustik sinyalleri üretebilen bir foto akustik bazlı bir sistemdir Efpa. Sistem bir lazer oluşan bir optik tren prizma / örnek ve lazer enerji ölçümü tarafına ışık kılavuzuna. Şekil 2&#39;de gösterildiği gibi, lazer enerji ölçümü yan gelen lazer enerjisine foto akustik sinyal normalize etmek için kullanılır. EFPA sistem kademeli motor sürücü tarafından PAS / TIRPAS refraktometre ve OTPAS açısal spektrumları için / numune prizma döndürmek için . Sistem dijital toplama kartı üzerinden veri elde ve ev programında aracılığıyla bir kullanıcı arabirimi ve otomatik sahne kontrolü sağlar.

<table><tbody><tr><td>100 mm plano dışbükey lens</td><td>Thorlabs</td><td>LA1509</td><td>Işın genişletici için plano dışbükey</td></tr> <tr><td>lens-30 mm plano içbükey lens</td><td>Thorlabs</td><td>LC2679</td><td>Işın genişletici için plano içbükey lens</td></tr><tr><td>10 MHz Ultrasonik dönüştürücüler</td><td>Harisonic</td><td>I31006T</td><td>Hem lazer enerjisi ölçümü hem de OTPAS montajı için fotoakustik algılama için kullanılan ultrasonik sensörler</td></tr><tr><td>Daldırma yağı Tip A</td><td>Cargille</td><td>16482</td><td>NBK-7 alt tabakalarınınkiyle eşleşmesi için 1.519 indeksi</td></tr><tr><td>Doğal lateks kauçuk levha (kırmızı)</td><td>McMastercarr</td><td>86085K11</td><td>Endeks ~1.519 Tip A'nınkiyle eşleşecek Optik tünelleme ve lazer enerjisini ölçmek için optik emici görevi gören daldırma sıvısı</td></tr><tr><td>Lazer gözlükleri</td><td>VERE</td><td>53</td><td>Gözleri lazer ışığından korumak için kullanılır</td></tr><tr><td>Kafese monte polarize olmayan ışın ayırıcı küp</td><td>Thorlabs</td><td>CM1-BS013</td><td>Lazer ışığını ayırın, böylece bir yarısı ölçülebilir ve bir yarısı uyarma için kullanılabilir</td></tr><tr><td>Kafese monte polarize ışın ayırıcı küp</td><td>Thorlabs</td><td>CM1-PBS251</td><td>Optik tünelleme deneyleri için kullanılmadan önce ışığın polarize olduğundan emin olun</td></tr><tr><td>Dereceli halka aktif iris diyaframı</td><td>Thorlabs</td><td>SM1D12C</td><td>Hizalama için ışını daha küçük bir boyuta kesin</td></tr><tr><td>Veri toplama kartı</td><td>National Instruments</td><td>USB-5133</td><td>Veri almak için USB osiloskop</td></tr><tr><td>Step motor sürücüsü</td><td>National Instruments</td><td>MID-7604</td><td>Açısal spektrumlar için step motorları sürmek için step motor sürücüsü</td></tr><tr><td>Sherline XY aşaması (14")</td><td>Sherline</td><td>5600-CNC/5610-CNC</td><td>Sherline XY kademeli</td></tr><tr><td>4 çeneli kendinden merkezlemeli ayna</td><td>Sherline</td><td>1076/1034</td><td>Sherline döner ataşman</td></tr><tr><td>Dik açılı ataşman</td><td>Sherline</td><td>3701</td><td>Döner montajlı</td></tr><tr><td>CNC döner tablayı</td> takmak için dik açılı bağlantı <td>Sherline</td><td>8730</td><td>OTPAS prizma/numune</td></tr><tr><td>Süleit I-20 lazer sistemini</td> tutmak için döner tablaHeyecan verici numuneler için <td>Continuum</td><td>I-20</td><td>Q-anahtarlı Nd:YAG lazer</td></tr><tr><td>NBK-7 prizma</td><td>Thorlabs</td><td>PS911</td><td>EFPA için dik açılı prizma</td></tr><tr><td>Ayarlanabilir tork anahtarı</td><td>Tohnichi</td><td>RTD40Z</td><td>Her teknik için EFPA yuvasını 16,75 g/mm'ye eşit şekilde sıkmak için ayarlanabilir tork anahtarı</td></tr><tr><td>Dijital seviye</td><td>Micromark</td><td>84519</td><td>EFPA prizma tutucusunun 0 derecede başlamasını sağlamak için dijital seviye.</td></tr></tbody></table>

evanescent alan bazlı photoacoustics: optik mülkiyet değerlendirme yüzeylerde

Evanescent Field Based Photoacoustics: Optical Property Evaluation at Surfaces

Burada, toplam iç yansıma ile birlikte fotoakustik etkiyi kullanarak malzeme ve yüzey optik özelliklerini tahmin etmek için bir protokol sunuyoruz. İnce filmlerin ve dökme malzemelerin yüzeylerinin optik özellik değerlendirmesi, yeni optik malzeme sistemlerinin ve uygulamalarının anlaşılmasında önemli bir adımdır. Sunulan yöntem, kalınlığı, kırılma indisini tahmin edebilir ve tespit için malzemelerin emici özelliklerini kullanabilir. Bu metroloji sistemi, buharlaşan bir alanın fotoakustik etki ile etkileşimine dayanan bir araştırma alanı olan buharlaşan alan tabanlı fotoakustiği (EFPA) kullanır. Bu etkileşim ve bunun sonucunda ortaya çıkan teknik ailesi, tekniğin, numune yüzeyinin birkaç yüz nanometre içindeki optik özellikleri araştırmasına izin verir. Bu optik yakın alan, kırılma indisi ve film kalınlığı gibi alanın kendisiyle aynı ölçekte malzeme özelliklerinin son derece hassas bir şekilde tahmin edilmesini sağlar. EFPA ve toplam iç yansıma fotoakustik spektroskopisi (TIRPAS) ve optik tünelleme fotoakustik spektroskopisi (OTPAS) gibi alt tekniklerinin kullanılmasıyla, maliyet açısından engelleyici olabilecek birçok alete ve deneye ihtiyaç duymadan bir malzemeyi konsolide bir enstrümanda nano ölçekte değerlendirmek mümkündür.

Sonuçlar TIRPAS, PAS / TIRPAS refraktometre ve EFPA platformu içinde subtechniques olan OTPAS için gösterilmiştir. Şekil 4, emici numuneden üretilen bir temsili TIRPAS akustik dalga göstermektedir. Akustik dalga iki kutuplu yapısı TIRPAS tekniğin özelliğidir ve TIRPAS oluştuğunu gösterir. Bu iki kutuplu dalga nedeniyle akustik empedans büyük bir fark numune ve cam substrat arasındaki arayüzü akustik yansıma nedeniyle oluşur. PAS / TIRPAS refraktometri Şekil 5 ve Tablo 1 için elde edilmiştir. Şekil 5, eğik spektrumu ve hacimli refraktif indeks tahmin etmek için test edilmekte olan bir numune için elde edilen sayısal türevini gösterir. Tablo 1 tahmin PAS / TIRPAS refraktometre kullanılarak gerçekleştirilen sonuçları göstermektedir iştigal bir su / PEG / doğrudan kırmızı boya karışımının kütle kırılma endeksiStandart bir el refraktometre kullanarak toplu refraktif indeks tahminine kırmızı. Son olarak, OTPAS sonuçları Şekil 7 ve Tablo 2 &#39;de gösterilmiştir. 7 alınan açısal iki tarama rakamlar göstermektedir OTPAS. Tablo 2 OTPAS aynı ince film örneklerinin spektroskopik Elipsometri arasındaki bir karşılaştırmayı göstermektedir. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/54192/54192fig1.jpg" /> EFPA. EFPA Şekil 1. Subtechnologies şu üç farklı alt-teknolojilerin oluşur. Bu teknolojiler TIRPAS, PAS / TIRPAS refraktometre ve OTPAS bulunmaktadır. Her teknik türetmek veya farklı özelliklerini belirlemek için malzemeler değerlendirebilir. TIRPAS biyoalgı amaçlı optik absorpsiyon dayalı malzemeler algılar, PAS / TIRPAS Refraktometri toplu kırılma endeksi değerlendirir ve OTPAS ince film kırılma indeksinin değerlendirird kalınlığı. TIRPAS olarak, kritik açı θ c ötesinde ışık optik emici ile etkileşim üzerine bir ses dalgası üretebilir bir kaybolan alan oluşturur. PAS / TIRPAS refraktometre içinde, TIRPAS ve PAS dalga hem kaybolan alanı foto akustik uyarımı ve geleneksel foto akustik uyarımı hem elde edilir. açısal spektrumu grafiğinde bu iki farklı çizilmesi ile, geçiş açısı daha sonra refraktif indeksi elde etmek için kullanılabilecek, gözlemlenebilir. Son olarak, OTPAS olarak, akustik sinyallerin bir spektrum, bir alt-tabaka üzerinde ince bir film ve çıplak alt-tabaka hem de kritik açı θ c ötesinde lazer ışınlaması ile elde edilir. Veri doğrusal olmayan bir eğri algoritma uygulanarak, ince film kalınlığı ve kırılma indeksi elde edilebilir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> . Şekil 2. EFPA şematik / fotoğraf Sol: lazer ışını lateks kauçuk kaplı algılama alanını aşırı dolmasına genişletilmesi gerektiğini EFPA kurmak için. gösterildiği gibi kiriş başlangıçta prizma için 45 derecelik bir açıda olmalıdır. Sağ:. Optik tren gösteren kurulum Fotoğraf <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig2large.jpg" target="_blank">bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/54192/54192fig3.jpg" /> Şekil 3. Örnek yükleme. Örnekler alt tabakaya immersiyon yoluyla optik temas prizma ile yüklenir. TIRPAS ya PAS / TIRPAS refraktometre, direkt sıvı temas testleri için alt-tabaka üzerinde numune ile elde edilir. OTPAS, optik bağlaştıncı uçtan bir uca olarakoptik tünel gerçekleşmesi için ugh substrat ve kırmızı lateks kauçuk arasında ek daldırma yağı sağlar. Bağlama sonra birlikte bir tork anahtarı kullanarak ve vidaları montaj kenetlenir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/54192/54192fig4.jpg" /> Şekil 4. TIRPAS tipik veri. TIRPAS dalga genellikle TIRPAS yönteminin karakteristik iki kutuplu akustik sinyal görünüme sahip. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/54192/54192fig5.jpg" /> Şekil 5. PAS / tipik verileri TIRPAS. &lt;/ Strong&gt; Sol: insidansı çeşitli açılarda örnek ışınlanması ile elde edilir Açısal spektrum verileri. Sağ: sırayla kritik açı pozisyonuna karşılık gelen TIRPAS rejimlerine PAS, geçiş gösteren bir yerel minimuma ortaya sol rakamın Sayısal türev. Izni ile yayımlanmaktadır. 18 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig5large.jpg" target="_blank">bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/54192/54192fig6.jpg" /> Şekil 6. Program akış şeması. Program bir kaç iteratif adımda çalıştırılır. prizma montaj sıfır dereceye ayarlanır ve daha sonra parametreler programı çalıştırmadan önce seçilir. Daha sonra program bir alt-tabaka ve bir film, her iki açısal spektrumunu elde etmek için çalıştırılır. Son olarak, bir eğri filmi kırılma indeksi ve kalınlık tahmin etmek verilere uyum. Izni ile yayımlanmaktadır. 6. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 7," src="/files/ftp_upload/54192/54192fig7.jpg" /> . Şekil 7. OTPAS tipik veriler Sol: Bu rakam bir MgF2 film ve sırasıyla bir N-BK7 substrat açısal spektrum taramaları gösterir. Sağ N-BK7 alt-tabaka taraması ile MgF2 filmi açısal tayfı taraması bölünmesi ve sabit faktörü beta ile çarparak, geliş açısına karşı optik tünel (%) derecesi refraktif tahminine olanak sağlayan, elde edilebilir indeks ve ince film kalınlığı. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/54192fig7large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> PAS / TIRPAS </td><td> örnek 1 </td><td> örnek 2 </td><td> örnek 3 </td><td> örnek 4 </td><td> numune 5 </td><td> Atago R-5000 </td></tr><tr><td> Direkt Kırmızı / PEG 125 ug / ml </td><td> 1.395 </td><td> 1.395 </td><td> 1.395 </td><td> 1.395 </td><td> 1.395 </td><td> 1,395-1,397 </td></tr><tr><td> Direkt Kırmızı / PEG 250 ug / ml </td><td> 1.39 </td><td> 1.39 </td><td> 1.39 </td><td> 1.39 </td><td> 1.39 </td><td> 1,390-1,396 </td></tr><tr><td> Direkt Kırmızı / PEG 500 ug / ml </td><td> 1.388 </td><td> 1.389 </td><td> 1.389 </td><td> 1.389 </td><td> 1.389 </td><td> 1,381-1,395 </td></tr><tr><td> Direkt Kırmızı / PEG 750 ug / ml </td><td> 1.382 </td><td> 1.382 </td><td> 1.387 </td><td> 1.387 </td><td> 1.387 </td><td> 1,372-1,395 </td&gt; </tr><tr><td> miyoglobin 460 ug / ml </td><td> 1.33 </td><td> 1,329 </td><td> 1,331 </td><td> 1.33 </td><td> 1,331 </td><td> 1,335 </td></tr></tbody></table> Tablo 1. PAS / TIRPAS sonuçları. Aşağıdaki tabloda refraktif indeks yükseltmek için karışık% 50 PEG ile doğrudan kırmızı boya için tipik sonuçlarını gösterir. Izni ile yayımlanmaktadır. 18 <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> Test tipi </td><td> teknik </td><td> Film tipi </td><td> Kırılma indisi </td><td> Kalınlığı (nm) </td></tr><tr><td> Intrasample </td><td> OTPAS </td><td> MgF2 200 nm </td><td> 1.384 ± 0.004 </td><td> 203 ± 6 </td></tr><tr><td> Intrasample </td><td> ellipsometry </td><td> MgF2 200 nm </td><td> 1.393 ± 0.001 </td><td> 192,4 ± 1.1 </td></tr><tr><td> Intersample </td><td> OTPAS </td><td> MgF2 200 nm </td><td> 1.395 ± 0.011 </td><td> 220 ± 19 </td></tr><tr><td> Intersample </td><td> elipsometri </td><td> MgF2 200 nm </td><td> 1.392 ± 0.002 </td><td> 195,2 ± 1.8 </td></tr></tbody></table> Tablo 2. OTPAS sonuç. Aşağıdaki tablo spektroskopik Elipsometri vs OTPAS 200 nm MgF2 ince filmler için tipik sonuçlarını gösterir. Intrasample intersample ise bağımsız on film test anlamına gelir, bir tek filmi on kere test anlamına gelir. Izni ile yayımlanmaktadır. 6 <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> Ortalamalar arasında </strong&gt; </td><td fo:width="0.6in" style="width:40px"> 1 </td><td> Başlangıç ​​açısı </td><td fo:width="0.6in" style="width:35px"> 60 </td><td> Isınma (dakika) </td><td style="width:90px"> 0 </td><td style="width:90px"> Kırılma indeksi (prizma) </td><td> 1.519 </td></tr><tr><td> # taramaları </td><td> 1 </td><td> adım boyutu </td><td> 0.1 </td><td> Şuraya kaydet </td><td> &quot;DosyaAdınız&quot; .csv </td><td> microstep # </td><td> 10 </td></tr><tr><td> Set Q-switch </td><td> 275 </td><td> Dur açısı </td><td> 80 </td><td> Lazer seçin </td><td> Surelite </td><td> Hız (rpm) </td><td> 500 </td></tr><tr><td> Hata toleransı (%) </td><td> 5 </td><td> Lazer başlangıç </td><td> üzerinde </td><td> Alçak geçiren filtre (progVeri deposu) </td><td> 1.00 x 10 7 </td><td> Hızlanma (RPS) </td><td> 200 </td></tr></tbody></table> Tablo PAS / TIRPAS refraktometre 3. Açısal spektrum ayarları. Aşağıdaki tabloda PAS / TIRPAS refraktometre bir açısal yelpazenin için gerekli ayarları gösterir. <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> Ortalamalar arasında </td><td fo:width="0.6in" style="width:40px"> 64 </td><td> Başlangıç ​​açısı </td><td fo:width="0.6in" style="width:35px"> 70 </td><td> Isınma (dakika) </td><td style="width:90px"> 1 </td><td style="width:90px"> Kırılma indeksi (prizma) </td><td> 1.519 </td></tr><tr><td> # taramaları </td><td> 1 </td><td> adım boyutu </td><td> 0.1 </td><td> Şuraya kaydet </td><td> &quot;DosyaAdınız &amp;# 8221; .csv </td><td> microstep # </td><td> 10 </td></tr><tr><td> Set Q-switch </td><td> 275 </td><td> Dur açısı </td><td> 72 </td><td> Lazer seçin </td><td> Surelite </td><td> Hız (rpm) </td><td> 500 </td></tr><tr><td> Hata toleransı (%) </td><td> 5 </td><td> Lazer başlangıç </td><td> üzerinde </td><td> Alçak geçiren filtre (programı) </td><td> 1.00 x 10 7 </td><td> Hızlanma (RPS) </td><td> 200 </td></tr></tbody></table> Masa OTPAS 4. Açısal spektrum ayarları. Aşağıdaki tabloda, OTPAS bir açısal yelpazenin için gerekli ayarları gösterir. <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td style="width:65px"> Düşük bir kırılma indisi </td><td> 1 &lt;/ Td&gt; <td style="width:72px"> Hata payı </td><td> 1.00 x 10 -12 </td><td style="width:80px"> çoğaltıcı RI </td><td style="width:83px"> 1.519 </td><td style="width:65px"> Yüzey verileri </td><td style="width:83px"> yourfilename.csv seçin </td></tr><tr><td> alt kalınlık </td><td> 0 nm </td><td> Kırılma indeksi tahmin </td><td> 1.3 </td><td> dalga boyu </td><td> 532 nm </td><td> Çoklu dosyalar kaydetmek </td><td> yourfilename.csv seçin </td></tr><tr><td> üst kalınlık </td><td> 1000 nm </td><td> kalınlığı tahmin </td><td> 200 nm </td><td> polarizasyon </td><td> P polarize </td><td> Kaç dosya </td><td> size uygun istediğiniz dosyaların arasında </td></tr><tr><td> Maksimum yineleme </td><td> 5000 </td><td> Yüzeyri </td><td> 1.519 </td><td> Film verileri </td><td> yourfilename.csv seçin </td><td> Uyum tipi </td><td> Tek bir uyum / Toplu uyum </td></tr></tbody></table> Tablo 5. Eğri uydurma parametreleri. Aşağıdaki tablo doğru parametre tahmini için gerekli olan eğri uydurma parametreleri gösterir. Yan Kod Dosya:. OTPAS ince film analyzer_USB-5133.vi <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54192/OTPAS_Thin_Film_Analyzer_USB-5133.vi" target="_blank">bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız.</a>

Burada malzemeyi tahmin ve toplam iç yansıma ile birlikte foto akustik efekti kullanarak optik özellikleri yüzey bir protokol mevcut. Bu teknik, kaybolan alan bazlı photoacoustics optik özellikleri malzemelerin kalınlık, kütle ve ince film kırılma indislerine tahmin etmek için bir foto akustik metroloji sistemi oluşturmak ve keşfetmek için kullanılabilir.

Evanescent Alan Bazlı photoacoustics: Optik Mülkiyet Değerlendirme Yüzeylerde

Here, we present a protocol to estimate material and surface optical properties using the photoacoustic effect combined with total internal reflection. ...

Bu fotoakustik teknikler setinin genel amacı; sıvıların, katıların ve şeffaf ince filmlerin optik özelliklerini tek bir konsolide cihazda karakterize etmektir. Bu yöntem, tahmini kalınlık ve kırılma indisi gibi malzeme karakterizasyonu alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı; kütle kırılma indisinin, ince form kırılma indisinin, kalınlığın ve optik absorbsiyonun tek bir cihazda ölçülebilmesidir.Deneye başlamak için bazı ekipmanların hazırlanması gerekir. İlk olarak, deneyde bu protokol için kullanılan 10 megahertz modeller gibi iki adet ultrasonik transduser gereklidir. Her birinin ön yüzüne epoksi ile yapıştırılmış, dokuz milimetre çapında, bir milimetre kalınlığında, kırmızı lateks kauçuk bir silindir bulunmaktadır.Referans transduseri de, akustik ara boşluk görevi gören bir akrilik bloğa epoksi ile sabitlenir. Hazırlanması gereken diğer bir ekipman ise evanescent alan tabanlıle fotoakustik veya EFPA prizma tutucudur. EFPA prizma tutucusu, bir prizma yuvası ve bir transduser yuvasından oluşur.Bir prizma, prizma yuvasına yerleştirilir. Transduser yuvası, hazırlanan ultrasonik transduserlerden birini, lateks kısmı açıkta kalacak şekilde tutar. Prizma ve transduser yerleştirildikten sonra, lateks kısmın, numuneye yer ayrılacak bir boşluk üzerinden prizmaya dönük olması için prizma tutucusunun iki parçası birleştirilir.Parçaları vidalarla birbirine sabitleyin. Bu deney için gerekli kalan düzenek zaten bir optik masası üzerinde kuruludur. Işın, bir anahtar geçişli neodimyum dome döteryum alüminyum granat lazer tarafından üretilir.Çıkışı bir ışın genişleticiye girer. Bunu manuel olarak ayarlanabilir bir diyafram izler. Bir sonraki eleman ise polarize ışın bölücü küptür.Işın daha sonra polarize etmeyen bir ışın ayırıcıya girer. Çıkışlardan biri, referans olarak hizmet edecek olan sabitlenmiş bir ultrasonik transdüsere gider. Işın ayırıcıdan gelen diğer çıkış ise sabitlenmiş EFPA prizma tutucusuna ve onun transdüserine gider.Prizma tutucudan çıkan ışın, bir ışın bloğuna girer. EFPA prizma tutucusu, uygun şekilde konumlandırılabilmesi için bir XY theta öteleme tablasına monte edilmiştir. Açısı, bilgisayar kontrollü bir step motor ile değiştirilebilir.Deney hazırlığı için lazere ve ışın genişleticiye geri dönün. En az üç kat faktöründe bir ışın genişlemesi oluşturmak için lensleri kullanın. Işın, transdüserler üzerindeki lateks soğurucudan daha büyük olmalıdır.Genişletici ile çalıştıktan sonra, ışını ve prizma tutucuyu hizalamak için dijital bir terazi kullanın. Prizma tutucunun düz tarafı, ışına göre sıfır derecede olmalıdır. Transdüserleri, osiloskopları ve bilgisayar kontrollü monitörleri bağlayıp çalıştırın.Referans dönüştürücüyü osiloskobun sıfırıncı kanalına bağlamak için 50 ohm BNC kabloları kullanın. EFPA prizma yuvasındaki dönüştürücüyü birinci kanala bağlayın. Hizalama adımları için uygun lazer güvenlik gözlüklerinin takılı olduğundan emin olun.Ayarlanabilir diyaframda, ışın çapını bir milimetreye düşürün. Bilgisayarda, deneylerin yürütülmesini kontrol edecek yazılımı başlatın. Prizma tutucuyu 70 dereceye döndürmek için yazılımı kullanın.Prizmaya lazer ışınına dik olarak yandan bakın ve lazer noktasının lateks üzerinde görünür olup olmadığını gözlemleyin. Lazer noktası dönüştürücü üzerinde doğru konumlanana kadar XY theta öteleme tablasını manuel olarak ayarlayın. Amaç, noktanın lateksin merkezinde olmasıdır.Diyafram kısmına dönün ve onu maksimum açılığa getirin. Bilgisayar üzerinden, transdüsörlerden gelen enerji ölçümlerini inceleyin. Bu durumda kırmızı çizgi, referans olan doğrudan lazer enerjisi ölçümünü temsil etmektedir.Mavi çizgi, EFPA prizma tutucudaki dönüştürücüden gelmektedir. İki ölçümün yaklaşık olarak aynı büyüklükte olduğunu kontrol edin. Her şey yolunda olduğunda, ölçümü durdurun; bu işlem, devam etmeden önce prizmayı otomatik olarak sıfır dereceye sıfırlayacaktır.Sıvı örneği analiz etmek için toplam iç yansımalı fotoakustik spektroskopi tekniği kullanılacaktır. Örnek, su içinde direct red dye 81'dir. Ayrıca bu teknik, prizmayla indeks eşleşmesi sağlanmış bir imersiyon yağının yanı sıra, prizma yüzeyini örtmek için altlık olarak bir mikroskop lamı gerektirmektedir.Numuneyi yerleştirmek için EFPA prizma tutucuyu düzenekten çıkarın ve açın. Bir prizma ile başlayın ve merkezine 2,5 µL immersiyon yağı damlatın. Ardından, substratı yayılmış olan yağ tabakasının üzerine yerleştirin.Ardından, EFPA ultrasonik transdüser üzerindeki lateks ile çalışmaya geçin. Buraya, herhangi bir kabarcık oluşturmadan 25 µL sıvı numune yerleştirin. Şimdi, prizma yağ alt tabaka kombinasyonunu numuneyle kaplı lateksin üzerine yerleştirerek EFPA tutucuyu yeniden monte edin.Prizma tutucuyu sıkıştırın ve düzeneği montaj vidalarıyla sabitleyin. EFPA tutucu hazır olduğunda, onu deney düzeneğine geri yerleştirin. EFPA tutucuyu optik elemanlar arasındaki konumuna yeniden yerleştirin.Veri toplama işlemine başlamadan önce tüm bileşenlerin hazır olduğundan emin olun. Numune tarafından üretilen akustik sinyali ölçmek ve görüntülemek için laboratuvar yazılımı kullanın. Veriler, tepe değerden tepeye voltajı zamanın bir fonksiyonu olarak göstermektedir.POSS TUR POSS refraktometrisi hazırlığı için, kurulumdaki EFPA prizma tutucu ile tekrar çalışın. Prizmayı ve transdüserden lateksi açığa çıkarmak için tutucuyu ayırın. Numuneyi, prizma ile indeks eşleşmeli daldırma yağını ve prizma yüzeyini kapatacak bir altlığı hazır bulundurun.Prizmanın merkezine 2,5 µL imersiyon yağı damlatın. Yağ tabakasının üzerine bir substrat yerleştirerek yağı araya sıkıştırın. Montajındaki transdüserle ilgili bölüme geçin ve lateks pedin üzerine 25 µL örnek boyası ekleyin.Bu işlem tamamlandıktan sonra, yağı ve substratı ile birlikte prizma tutucuyu lateksin veya dönüştürücünün üzerine yerleştirin. İki tutucuyu birbirine bastırın ve montaj vidalarıyla sabitleyin. EFPA prizma tutucu düzeneğe yerleştirildikten sonra, bilgisayar kontrollü yazılıma geçin.Spektrumun ölçülmesi gereken geliş açıları aralığını ve adım boyutunu girin. Spektrumu ölçmek ve bunu açıya bağlı tepe değerden tepe değere voltaj olarak grafiğe dökmek için programı çalıştırın. Ölçülen spektrumu kullanarak, açıya göre sayısal türevi bulmak ve grafiğini çizmek için yazılım kullanın.Yerel minimumları ve bunlara karşılık gelen gelme açılarını manuel olarak belirlemek için sayısal türevden elde edilen düzleştirilmiş verileri kullanın. Minimumlar, POSS'tan TUR POSS rejimine geçişi gösterir. Optik tünelleme fotoakustik spektroskopisine hazırlamak için EFPA prizma tutucu ile çalışın.Prizma ve transduser bağlantı aparatlarını ayrı halde ve daldırma yağı prizma ile indeks-eşlenmiş şekilde hazır bulundurun. Numune, bir cam lam üzerine çöktürülmüş magnezyum florür ince filmidir. Prizmanın merkezine 2.5 µL daldırma yağı yerleştirin.Yağ yerleştirildikten sonra, ince filmin prizmadan uzak olacak şekilde numuneyi yönlendirin ve numuneyi yağın üzerine yerleştirin. Transduser bağlantı noktasına, baloncuk oluşturmadan tüm yüzeyi kaplayacak şekilde lateks pedin üzerine 25 µL imersiyon yağı dökün. Lateksi numune ile temas ettirin ve düzeneği sıkıştırmak için montaj vidalarını sıkın.EFPA tutucusunu optik düzeneğe geri yerleştirin ve deneyi çalıştırmaya hazırlanın. Bilgisayarda, açısal spektrum almak için parametreleri girin ve ölçümü başlatın. Toplam internal yansıma fotoakustik spektroskopisinden elde edilen bu veriler, soğuran bir örnekten üretilen akustik dalgayı temsil eder.Bu durumda, su içerisinde red dye 81 kullanılmıştır. Dalganın bipolar doğası, akustik empedans farkının büyük olduğu numune ile cam altlık arasındaki arayüzde meydana gelen akustik yansımadan kaynaklanır. POSS TUR POSS tekniği bir açısal spektrum oluşturur.Süreklilik içinde sayısal türev alındığında, yerel minimum ölçülen kritik açıya karşılık gelir. Bu açı bilindiğinde, deneydeki lazer dalga boyunda hacimsel kırılma indisini hesaplamak mümkündür. Bu, NBK-7 optik cam altlık üzerindeki bir magnezyum filmi için normalize edilmiş lazer enerjisinin açısal spektrum sinyalidir.Optik tünelleme yüzdesi, geliş açısının bir fonksiyonu olarak bu değerlerden bulunabilir. Bu bilgiler, kırılma indisinin ve kalınlığın tahmin edilmesini mümkün kılar. Bu prosedür uygulanırken, yağda veya örnekte kabarcık oluşumunu önlemenin önemli olduğunu unutmamak gerekir.Bu videoyu izledikten sonra, malzemelerin optik özelliklerini tahmin etmek için EFPA yöntemlerinin nasıl kullanılacağına dair iyi bir anlayışa sahip olmalısınız.

evanescent-field-based-photoacoustics-optical-property-evaluation-at

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

Optik çözünürlüklü foto akustik mikroskobu (OR-PAM), görüntüleme optik soğurma yeteneğine sahip gelişmekte olan bir teknoloji...

Üç boyutlu optik çözünürlük foto akustik Mikroskopi

Optik opak sıvılar veya optik opak geometrileri vasıtasıyla hızının iki boyutlu alanları edinme yeteneğine sahip bir yankı parçacık görüntülemeli hız (EPIV) sistemi tanımlanmakta olup, boru akışı validasyon ölçümleri bildirilmiştir.

Parçacık Hızı Echo

Photoacoustic oftalmoloji (PAOM), optik-soğurma tabanlı görüntüleme yöntemi, şu anda mevcut oftalmik görüntüleme teknolojileri retinanın tamamlayıcı değerlendirilmesini sağlar. Biz sıçanlarda eşzamanlı multimodal retina görüntüleme için spektral domain optik koherens tomografi (SD-OCT) ile entegre PAOM kullanılarak rapor.

Entegre Photoacoustic Oftalmoskopi ve Spektral-domain optik koherens tomografi

Bu yöntem genel amacı, sinkrotron radyasyon ile açı-ayrıştırıcı fotoemisyon spektroskopisi kullanılarak ultra-düşük sıcaklıklarda katı olan düşük enerjili elektronik yapı belirlemektir.

Ultra-düşük sıcaklıklarda Açı çözüldü Photoemission Spektroskopi

Floresan çekirdekli microcavity sensörler silika mikrokapilerler kanal yüksek indeks kuantum nokta kaplama kullanır. Kılcal kanal neden içine pompalanan akışkan kırılma indisi değişiklikler kanal orta analiz etmek için de kullanılabilir microcavity floresan spektrum içinde kayar.

Refraktometrik Algılama Floresan çekirdekli mikro kavitasyonlar sentezi ve İşletilmesi

yüzeylerinin iki tip silika nanopartiküllerinin bir tabaka ile kaplanmış bir polyester kaplı çelik ve polyester, incelenmiştir. Her iki yüzeyler yüzey kimyası ve nano ölçekli topografya önemli değişikliklere neden olduğu bulunmuştur güneş ışığına maruz bırakıldı.

Güneş ışığına maruz Yüzeyler Silika Nanoparçacık-polyester kaplamalar Evrimi

Objektif-ücretsiz video mikroskobu hücre kültürleri doğrudan kuluçka makinesi içinde izlemek sağlar. Burada biz almak ve kültürlü HeLa hücreleri 2,7 gün uzun edinimi çözümlemek için kullanılan tam iletişim kuralı tanımlamak, 2.2 x 10 bir veri kümesi için önde gelen6 ölçümleri tek hücre morfolojisi ve 10584 hücre döngüsü izler.

Dinamik için objektif-ücretsiz Video mikroskobu ve kantitatif analiz yapisan hücre kültürü

Bu iletişim kuralı için uyarma belirlenmesi ve oranları Bloch benzeri yüzey plasmon polaritons periyodik diziler doğan arasındaki ışık yayıcılar kaplin araçları açıklar.

Uyarma ve oranları arasında ışık Emitters ve yüzey Plasmon Polaritons kaplin belirlenmesi

Optik olarak aktive edilmiş perflorokarbon nanodamlacıklar, vasküler sistem dışındaki görüntüleme uygulamalarında umut vaat etmektedir. Bu makale, bu parçacıkların nasıl sentezleneceğini, poliakrilamid hayaletlerinin çapraz bağlanacağını ve sinyallerini arttırmak için damlacıkların akustik olarak nasıl modüle edileceğini gösterecektir.

Optik Olarak Buharlaştırılmış Perflorokarbon Nanodamlacıkların Formülasyonu ve Akustik Modülasyonu

Bu protokol, iz gazı spektroskopisi gibi çeşitli uygulamalarla düşük maliyetli, ayrık, fiber bağlantılı ve hava aralıklı bir Fabry-Perot etalonunun yapımını açıklar. Üretim, standart optik laboratuvar ekipmanı bulunan herhangi bir tesiste mümkündür.

Düşük maliyetli, fiber bağlantılı ve hava aralıklı Fabry-Pérot etalon imalatı

Bu protokol, optik ve akustik biyomedikal görüntüleme uygulamaları için bağımsız olarak ayarlanabilir akustik ve optik özelliklere sahip, kararlı, biyolojik olarak ilgili bir hayalet malzemenin üretimini açıklamaktadır.

Optik ve Akustik Görüntüleme için Kararlı Bir Fantom Malzeme

Öğrenin, evanescent alan bazlı fotoakustik yöntemle sıvı, katı ve saydam ince filmlerin optik özelliklerini tek cihazda nasıl karakterize edeceğinizi. Bu teknik, kalınlık ve kırılma indisi ölçümü için güvenilir bir protokol sunar.

Evanescent Alan Bazlı photoacoustics: Optik Mülkiyet Değerlendirme Yüzeylerde

Daha fazla video keşfet