Терагерцового Микрофлюидных зондирования с помощью плоского волновода датчика
Summary
Порядок осуществления преломления датчик индекс для терагерцового частот на основе рифленой плоского волновода геометрии описано здесь. Метод дает измерение показателя преломления небольшого объема жидкости через мониторинг сдвиг резонансной частоты волновода структуры
Abstract
Показатель преломления (RI) зондирование является мощным неинвазивным и без наклеек чувствительный метод для обнаружения, идентификации и мониторинга микрофлюидных образцов с широким спектром возможных конструкций датчика, например, интерферометров и резонаторов 1,2. Большинство существующих RI зондирования сосредоточиться на биологических материалов в водных растворах в видимой и ИК частоты, такие как гибридизация ДНК и генома. В терагерцовом частот, приложения включают контроль качества, контроль производственных процессов и зондирование и обнаружение приложений, связанных неполярных материалов.
Несколько потенциальных проектов для преломления датчики индекса в терагерцового режима существуют, в том числе фотонный кристалл 3 волноводов, асимметричный сплит-кольцевых резонаторов 4, и фотонные структуры запрещенной зоны интегрированы в параллельных пластин волноводов 5. Многие из этих конструкций на основе оптических резонаторов, такие как кольцаили полости. Резонансные частоты этих структур зависит от показателя преломления материала в или вокруг резонатора. Наблюдая за изменениями в резонансной частоты показатель преломления образца может быть точно измерена, и это в свою очередь может быть использована для идентификации материала, мониторинг загрязнения или разведения и т.д.
Датчик дизайна мы используем здесь, основана на простом плоского волновода 6,7. Прямоугольный паз обрабатывается в одном лице выступает в качестве резонатора (рис. 1 и 2). Когда терагерцового излучения связано в волновод и распространяется в низшем порядке поперечно-электрических (ТЕ 1) режим, в результате одного сильного резонансного функцию с перестраиваемой резонансной частотой, которая зависит от геометрии паза 6,8. Эта канавка может быть заполнен неполярных жидких микрофлюидных образцы, которые вызывают сдвиг наблюдаемой резонансной частотой, зависящей от количества жидкостьUID в паз и ее показатель преломления 9.
Наша техника имеет преимущество перед другими методами терагерцовой в своей простоте, как в изготовлении и реализации, так как эта процедура может быть выполнена с помощью стандартного лабораторного оборудования без необходимости в чистую комнату или любой специальный изготовление или экспериментальных методов. Она также может быть легко расширена до многоканальных операций путем включения нескольких канавок 10. В этом видео мы расскажем о нашей полной экспериментальной процедуры, от проектирования датчика к анализу данных и определение показателя преломления образца.
Protocol
Discussion
Следует отметить, что показатель преломления жидкости при тесте определяется только на частоте резонансной полости, не более широкую полосу пропускания. Это имеет несколько явных преимуществ. Во-первых, хотя наши измерения воспользовались широкополосный источник терагерцового для х…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Этот проект был частично поддержана Национальным научным фондом, а также исследований лаборатории военно-воздушных сил через контакт программе.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| 10 μl syringe | Hamilton | 80314 | High precision syringe |
| Liquid alkanes | Acros Organics | Samples for calibration and testing | |
No specific equipment is required. Suitable test materials and solvents are left to the experimenter’s discretion. The high-precision syringes used in this procedure are listed in the table below, but the experimenter may wish to use syringes of a different volume or design, including digital syringes for improved accuracy. The test alkanes used in this experiment are also listed. |
References
- Kuswandi, B., Nuriman, ., Huskens, J., Verboom, W. Optical sensing systems for microfluidic devices: A review. Ana. Chim. Acta. 601, 141-155 (2007).
- Zhu, H., White, I. M., Suter, J. D., Zourob, M., Fan, X. Integrated refractive index optical ring resonator detector for capillary electrophoresis. Anal. Chem. 79, 930-937 (2007).
- Kurt, H., Citrin, D. S. Coupled-resonator optical waveguides for biochemical sensing of nanoliter volumes of analyte in the terahertz region. Appl. Phys. Lett. 87, 241119 (2005).
- Debus, C., Bolivar, P. H. Frequency selective surfaces for high sensitivity terahertz sensing. Appl. Phys. Lett. 91, 184102 (2007).
- Harsha, S. S., Laman, N., Grischkowsky, D. High-Q terahertz Bragg rsonances within a metal parallel plate waveguide. Appl. Phys. Lett. 94, 091118 (2009).
- Mendis, R., Mittleman, D. M. Comparison of the lowest-order transverse-electric (TE1) and transverse-magnetic (TEM) modes of the parallel-plate waveguide for terahertz pulse applications. Optics Express. 17, 14839-14850 (2009).
- Mendis, R., Mittleman, D. M. An investigation of the lowest-order transverse-electric (TE1) mode of the parallel-plate waveguide for THz pulse propagation. JOSA B. 26, A6-A13 (2009).
- Astley, V., McCracken, B., Mendis, R. Analysis of rectangular resonant cavities in terahertz parallel-plate waveguides. Opt. Lett. 36, 1452 (2011).
- Mendis, R., Astley, V., Liu, J., Mittleman, D. M. Terahertz microfluidic sensor based on a parallel-plate-waveguide resonant cavity. Appl. Phys. Lett. 95, 171113 (2009).
- Astley, V., Reichel, K., Jones, J., Mendis, R. Terahertz multichannel microfluidic sensor based on parallel-plate waveguide resonant cavities. Appl. Phys. Lett. , (2012).
