Evanescent Alan Bazlı photoacoustics: Optik Mülkiyet Değerlendirme Yüzeylerde
Summary
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.
Abstract
Here, we present a protocol to estimate material and surface optical properties using the photoacoustic effect combined with total internal reflection. Optical property evaluation of thin films and the surfaces of bulk materials is an important step in understanding new optical material systems and their applications. The method presented can estimate thickness, refractive index, and use absorptive properties of materials for detection. This metrology system uses evanescent field-based photoacoustics (EFPA), a field of research based upon the interaction of an evanescent field with the photoacoustic effect. This interaction and its resulting family of techniques allow the technique to probe optical properties within a few hundred nanometers of the sample surface. This optical near field allows for the highly accurate estimation of material properties on the same scale as the field itself such as refractive index and film thickness. With the use of EFPA and its sub techniques such as total internal reflection photoacoustic spectroscopy (TIRPAS) and optical tunneling photoacoustic spectroscopy (OTPAS), it is possible to evaluate a material at the nanoscale in a consolidated instrument without the need for many instruments and experiments that may be cost prohibitive.
Introduction
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'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 (<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'in PHOTOPHONE icadıyla 1880 yılında keşfedilen foto akustik etkisi nedeniyle lazer ve mikrofon teknolojisindeki gelişmeler ile 1970'lerin başında "yeniden keşfedilen" 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:
formun 64 basit akustik kaynaklar için çözümler
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 '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.
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 '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'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 'p, öncelikle elde akustik tahrikemici numuneye sinyal yoğunluğu ve tarif edilir:
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 = "jove_content"> Ancak, PAS / TIRPAS birincil denklemi Snell kanunu Refraktometri:
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'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 'de gösterildiği gibi, bir numunenin hacimli refraktif indeks tahmin sağlar İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin 1 tahmini için.
Son olarak, OTPAS olarak, aşağıdaki denklem ile en yüksek gerilime foto akustik zirve% optik iletim ile ilgilidir:
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'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.
Protocol
Representative Results
Discussion
The use of devices for the characterization of materials at the nanoscale will undoubtedly continue far into the future in order to produce new materials and combinations of materials to solve difficult and costly societal problems. Many methods such as ellipsometry, atomic force microscopy (AFM), and traditional photoacoustics are currently used to evaluate material properties at the nanoscale despite their inherent limitations due to few alternatives. EFPA shows promise as a consolidated set of techniques that can push beyond the typical limitations of the photoacoustic effect to provide a single instrument to characterize materials at the nanoscale.
The protocol described herein and its associated sub-techniques have the capability to estimate both bulk and thin film refractive indices of a material, film thickness, and have detection capabilities for a variety of biosensing applications. OTPAS specifically has the advantage that it can estimate the thickness and refractive index of nanometer scale films despite the fact that the films themselves do not contain inherently absorbing pigmentation. EFPA as a consolidated set of techniques has a few advantages over techniques such as ellipsometry, atomic force microscopy, and the traditional photoacoustic effect. The first advantage is that EFPA is comparatively inexpensive to set up. A typical EFPA setup can estimate refractive index from both the bulk and surface, can estimate thickness, and can probe absorbing materials and will cost around $5,000 to set up. In contrast, AFM setups cost around $50,000 and cannot estimate optical properties. Secondly, EFPA can estimate these properties within a few minutes without complex interaction such as in ellipsometry where input parameter error can cause differences in results. Finally, EFPA, when compared to the traditional photoacoustic effect, has axial resolution 100X smaller as it can estimate thickness of 200 nm films6 whereas the traditional photoacoustic effect is limited to 7,500 nanometers when using similar lasers and setup82. Conveniently, almost every material has independent and differing surface and bulk refractive index properties as well as absorptive properties, which collectively make for functional differences in their use in optical research systems.
Critical steps within the protocol come down to three primary considerations. First, optical coupling of the sample, whether that be a liquid or a film, is crucial to obtain reliable and repeatable results. Air bubbles within the immersion oil or sample will lead to inaccurate characterization of the thickness, refractive index, and in some cases a complete lack of sensitivity of the transducer to the excited sample owing to the inability of ultrasound to adequately pass through a liquid/air interface due to vastly differing acoustic impedance values. Second, with regard to OTPAS, a sample that is homogeneously thick in the area irradiated by the laser beam in order to provide consistent thickness values during scanning since as of yet EFPA cannot determine thickness differences within the area of excitation. Finally, again with regard to OTPAS, the sample film must be transparent to the wavelength being used. This is a fundamental assumption made in the mathematical equations that describe how OTPAS finds thickness and refractive index values. If absorption is substantial enough that more than 1% of the incident light is absorbed by the film, characterization will not match the real thickness and refractive index values of the film.
Modifications to the EFPA technique can be made with relative ease and other types of components can be substituted in for more effective scans or functionality. The only major issues that have to be addressed when building an EFPA system are the following. First, it is crucial to have a method of automatically rotating a prism mount and acquiring acoustic signals at small (0.05 degree) increments. Second, having a nanosecond pulse width or shorter laser system to excite samples using the photoacoustic effect. Third, having a graphical user interface or program to acquire the data to do mathematical curve fitting and numerical derivatives for estimating thickness and bulk/thin film refractive index.
There are three fundamental limitations to EFPA. The first is that in order to find the bulk refractive index, thin film refractive index, thickness, or detect materials using TIRPAS, the sample must have a refractive index that is less than that of the prism or substrate it is in contact with so that total internal reflection can occur which is the basis of all three of these techniques. The second limitation is that EFPA currently requires physical contact in order to estimate thickness, refractive index, and for detection of properties. The final limitation is that OTPAS, a sub-technique of EFPA, currently requires optically transparent materials to estimate thickness and refractive index of the thin film of interest.
This type of consolidated instrument could find many applications in characterization environments including research cores and industrial environments. Future work regarding EFPA techniques is focused on the improvement of the refractive index accuracy through improvements in instrumentation and translational/rotational stages. Additional advancements will focus around the improvement of signal-to-noise ratio for the detection of smaller quantities of absorbing materials, so as to characterize weakly absorbing materials, as are found most commonly in biological systems.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu proje Ulusal Bilim Vakfı Brige Ödülü (1221019) tarafından finanse edildi.
Materials
| 100 mm plano convex lens | Thorlabs | LA1509 | Plano convex lens for beam expander |
| -30 mm plano concave lens | Thorlabs | LC2679 | Plano concave lens for beam expander |
| 10 MHz Ultrasonic transducers | Harisonic | I31006T | Ultrasonic sensors used for photoacoustic detection, both for laser energy measurement and for OTPAS mount |
| Immersion oil Type A | Cargille | 16482 | Index of 1.519 to match that of NBK-7 substrates |
| Natural latex rubber sheet (red) | McMastercarr | 86085K11 | Index ~1.519 to match that of Type A immersion liquid to act as an optical absorber to measure optical tunneling and laser energy |
| Laser goggles | VERE | 53 | Used to protect eyes from laser light |
| Cage mounted non polarizing beam splitter cube | Thorlabs | CM1-BS013 | Split laser light so that one half can be measured and one half can be used for excitation |
| Cage mounted polarizing beam splitter cube | Thorlabs | CM1-PBS251 | Ensure light is polarized before being used for optical tunneling experiments |
| Graduated ring activated iris diaphragm | Thorlabs | SM1D12C | Cut beam down to a smaller size for alignment |
| Data acquisition card | National Instruments | USB-5133 | USB oscilloscope to acquire data |
| Stepper motor driver | National Instruments | MID-7604 | Stepper motor driver to drive stepper motors for angular spectra |
| Sherline XY stage (14”) | Sherline | 5600-CNC/5610-CNC | Sherline XY stage |
| 4-jaw self centering chuck | Sherline | 1076/1034 | Sherline rotational attachment |
| Right angle attachment | Sherline | 3701 | Right angle attachment to attach rotational mount |
| CNC rotary table | Sherline | 8730 | Rotary table for holding OTPAS prism/sample |
| Surelite I-20 laser system | Continuum | I-20 | Q-switched Nd:YAG laser for exciting samples |
| NBK-7 prism | Thorlabs | PS911 | Right angle prism for EFPA |
| Adjustable torque wrench | Tohnichi | RTD40Z | Adjustable torque wrench to equally tighten down the EFPA mount for each technique to 16.75 g/mm |
| Digital level | Micromark | 84519 | Digital level to ensure EFPA prism holder starts at 0 degrees. |
References
- Byrappa, K., Kumar, B. V. S. Characterization of zeolites by infrared spectroscopy. Asian J Chem. 19 (6), 4933-4935 (2007).
- Coquil, T., Richman, E. K., Hutchinson, N. J., Tolbert, S. H., Pilon, L. Thermal conductivity of cubic and hexagonal mesoporous silica thin films. J Appl Phys. 106 (3), 034910 (2009).
- Courjon, D. . Near-Field Microscopy and Near-Field Optics. , (2003).
- Dultsev, F. N. Investigation of the microporous structure of porous layers using ellipsometric adsorption porometry. Thin Solid Films. 458 (1-2), 137-142 (2004).
- Goldschmidt, B. S. . Photoacoustic Evaluation of Surfaces via Pulsed Evanescent Field Interaction. , (2014).
- Goldschmidt, B. S., et al. Characterization of MgF2 thin films using optical tunneling photoacoustic spectroscopy. Opt Laser Technol. 73, 146-155 (2015).
- Junno, T., Anand, S., Deppert, K., Montelius, L., Samuelson, L. Contact mode atomic force microscopy imaging of nanometer-sized particles. Appl Phys Lett. 66 (24), 3295 (1995).
- Kang, T., Oh, S., Hong, S., Moon, J., Yi, J. Mesoporous silica thin films as a spatially extended probe of interfacial electric fields for amplified signal transduction in surface plasmon resonance spectroscopy. Chem Commun. (28), 2998-3000 (2006).
- Kresge, C. T., Leonowicz, M. E., Roth, W. J., Vartuli, J. C., Beck, J. S. Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanism. Nature. 359 (6397), 710-712 (1992).
- Lew, C. M., Cai, R., Yan, Y. Zeolite Thin Films: From Computer Chips to Space Stations. Acc Chem Res. 43 (2), 210-219 (2010).
- Marchand, D. J., Hsiao, E., Kim, S. H. Non-contact AFM imaging in water using electrically driven cantilever vibration. Langmuir. 29 (22), 6762-6769 (2013).
- Yamada, T., et al. Surface Photovoltage NO Gas Sensor with Properties Dependent on the Structure of the Self-Ordered Mesoporous Silicate Film. Adv Mater. 14 (11), 812-815 (2002).
- Harrick, N. J. Internal Reflection Spectroscopy. Harrick Scientific Corporation. , (1987).
- Splinter, R., Hooper, B. A. . An Introduction to Biomedical Optics (Optics and Optoelectronics). , (2006).
- Sathiyamoorthy, K., Joseph, J., Hon, C. J., Matham, M. V. . Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 8001, (2011).
- Hernandez, C. M., Murray, T. W., Krishnaswamy, S. Photoacoustic characterization of the mechanical properties of thin films. Appl Phys Lett. 80 (4), 691 (2002).
- Veldhuis, G. J., Parriaux, O., Hoekstra, H. J. W. M., Lambeck, P. V. Sensitivity enhancement in evanescent optical waveguide sensors. J Lightwave Technol. 18 (5), 677-682 (2000).
- Goldschmidt, B. S., et al. Photoacoustic measurement of refractive index of dye solutions and myoglobin for biosensing applications. Biomed Opt Express. 4 (11), 2463-2476 (2013).
- Hansma, P. K., et al. Tapping mode atomic force microscopy in liquids. Appl Phys Lett. 64 (13), 1738 (1994).
- Shen, Y. C., Zhang, S. Y., Jiang, Y. S., Zhu, R., Wei, Y. Angular resonance absorption spectra of Langmuir-Blodgett films studied by the photoacoustic technique. Thin Solid Films. 248 (1), 36-40 (1994).
- Inagaki, T., Motosuga, M., Arakawa, E. T., Goudonnet, J. P. Coupled surface plasmons in periodically corrugated thin silver films. Phys Rev B Condens Matter. 32 (10), 6238-6245 (1985).
- Negm, S., Talaat, H. Effect of intrinsic surface roughness and other decay processes on surface plasmon polariton resonance halfwidth. Ultrasonics Symposium. 1, 509-514 (1992).
- Hinoue, T., Murata, H., Kawabe, M., Yokoyama, Y. Effects of thermal diffusion and solvent materials on photoacoustic signals in total internal reflection technique. Anal Sci. 2 (5), 407-410 (1986).
- Xu, M., Zhang, S., Inagaki, T. Investigation of optical resonance absorption on bigratings by photoacoustic angular spectroscopy. Shengxue Xuebao/Acta Acustica. 25 (5), 440-444 (2000).
- Hinoue, T., Kawabe, M., Yokoyama, Y. Measurement of concentration profile of dye at glass-solution interface by photoacoustic spectrometry coupled with total internal reflection technique. Bull Chem Soc Jpn. 60 (10), 3811-3813 (1987).
- Iwasaki, T., Sawada, T., Kamada, H., Fujishima, A., Honda, K. Observation of semiconductor electrode-dye solution interface by means of fluorescence and laser-induced photoacoustic spectroscopy. J Phys Chem. 83 (16), 2142-2145 (1979).
- Rothenhausler, B., Rabe, J., Korpiun, P., Knoll, W. On the decay of plasmon surface polaritons at smooth and rough Ag-air interfaces: A reflectance and photo-acoustic study. Surf Sci. 137 (1), 373-383 (1984).
- Jiang, Y., Zhang, S., Shao, H., Yuan, C. Optical properties of Langmuir-Blodgett films investigated by a photoacoustic technique. Appl Opt. 34 (1), 169-173 (1995).
- Inagaki, T., Goudonnet, J. P., Royer, P., Arakawa, E. T. Optical properties of silver island films in the attenuated-total-reflection geometry. Appl Opt. 25 (20), 3635-3639 (1986).
- Talaat, H., Bucaro, J. A., Huang, W., Macdiarmid, A. G. Photoacoustic detection of plasmon surface polaritons in heavily doped polyacetylene films. Synth Met. 10 (4), 245-253 (1985).
- Jung, C. S., Park, G., Kim, Y. D. Photoacoustic determination of field enhancement at a silver surface arising from resonant surface plasmon excitation. Appl Phys Lett. 47 (11), 1165-1167 (1985).
- Inagaki, T., Nakagawa, Y., Arakawa, E. T., Aas, D. J. Photoacoustic determination of radiative quantum efficiency of surface plasmons in silver films. Phys Rev B. 26 (12), 6421-6430 (1982).
- Hinoue, T., Shimahara, Y., Yokoyama, Y. Photoacoustic observation of solid-liquid interface by means of total internal reflection technique. Chem Lett. 12 (2), 225-228 (1983).
- Hinoue, T., Shimahara, Y., Murata, H., Yokoyama, Y. Photoacoustic spectrometry by total internal reflection technique: Dependence of photoacoustic signal intensity on concentration and optical path. Bunseki kagaku. 33 (11), E459-E466 (1984).
- Hinoue, T., Murata, H., Yokoyama, Y. Photoacoustic spectrometry coupled with total internal reflection technique : Theory and experiment. Anal Sci. 2 (5), 401-406 (1986).
- Inagaki, T., Kagami, K., Arakawa, E. T. Photoacoustic study of surface plasmons in metals. Appl Opt. 21 (5), 949-954 (1982).
- Negm, S., Talaat, H., Pelzl, J. . Proceedings of the IEEE Ultrasonics Symposium. 2, 1259-1261 (1993).
- Talaat, H., Dardy, H. D. . Ultrasonics Symposium Proceedings. 2, 700-703 (1983).
- Royer, P., Goudonnet, J. P., Inagaki, T., Chabrier, G., Arakawa, E. T. Photoacoustic study of the optical absorption of oblate silver spheroids in attenuated-total-reflection geometry. Physica Status Solidi (a). 105 (2), 617-625 (1988).
- Abdallah, T., Negm, S., Talaat, H. Photoacoustic surface plasmon for the detection of nicotine. Egypt J Solids. 25 (2), 181-189 (2002).
- Negm, S., Talaat, H. Radiative and non-radiative decay of surface plasmons in thin metal films. Solid State Commun. 84 (1-2), 133-137 (1992).
- Negm, S., Talaat, H. Surface plasmon resonance halfwidths as measured using attenuated total reflection, forward scattering and photoacoustics. J Phys: Condens Matter. 1 (50), 10201-10205 (1989).
- Muessig, P. R., Diebold, G. J. Total internal reflectance optoacoustic spectroscopy. J Appl Phys. 54 (8), 4251 (1983).
- Sudduth, A. S. M., Goldschmidt, B. S., Samson, E. B., Whiteside, P. J. D., Viator, J. A. Total internal reflection photoacoustic detection spectroscopy. Progress in Biomedical Optics and Imaging. 7899, 78993E-78993E-78998 (2011).
- Goldschmidt, B. S., et al. Total internal reflection photoacoustic spectroscopy for the detection of beta-hematin. J Biomed Opt. 17 (6), 061212 (2012).
- Hinoue, T., Imamura, G., Yokoyama, Y. Study of the Adsorption Layer at the Glass-Dye Solution Interface by Variable Incidence-Angle Internal-Reflection Spectrometry. Bull Chem Soc Jpn. 66 (12), 3680-3685 (1993).
- Hinoue, T., Kawabe, M., Doi, S., Yokoyama, Y. Photoacoustic estimation of reflectivities at solid-liquid interfaces by using total internal reflection technique. Hyomen Kagaku. 10 (2), 129-134 (1989).
- Hinoue, T., Kawabe, M., Yokoyama, Y. Measurement of concentration profile of dye at glass-solution interface by photoacoustic spectrometry coupled with total internal reflection technique. Chem Soc Japan. 60, 3811-3813 (1987).
- Hinoue, T., Murata, H., Yokoyama, Y. Photoacoustic spectrometry coupled with total internal reflection technique: theory and experiment. Anal Sci. 2, 401-406 (1986).
- Kinney, J. B., Staley, R. H. Applications of photoacoustic spectroscopy. Annu Rev Mater Sci. 12, 295-321 (1982).
- McDonald, F. A., Wetsel, G. C. Generalized theory of the photoacoustic effect. J Appl Phys. 49 (4), 2313-2322 (1978).
- Rosencwaig, A. Photo-acoustic spectroscopy of solids. Rev Sci Instrum. 48 (9), 1133-1137 (1977).
- Jacques, S. L., Palthauf, G., Viator, J. A. Photoacoustic imaging in biological tissues with pulsed lasers. Ann Biomed Eng. 28 (Suppl. 1), S-39 (2000).
- Xu, M., Wang, L. V. Photoacoustic imaging in biomedicine. Rev Sci Instrum. 77 (4), 041101 (2006).
- Rosencwaig, A. Photoacoustic spectroscopy. Annu Rev Biophys Bioeng. 9, 31-54 (1980).
- Hess, P. . Photoacoustic, Photothermal and Photochemical Processes at Surfaces and in Thin Films. , (1989).
- Rosencwaig, A. . Photoacoustics and Photoacoustic Spectroscopy. , (1980).
- Rosencwaig, A. Theoretical aspects of photoacoustic spectroscopy. J Appl Phys. 49 (5), 2905-2910 (1978).
- Rosencwaig, A., Gersho, A. Theory of the photoacoustic effect with solids. J Appl Phys. 47 (1), 64-69 (1976).
- Holan, S. H., Viator, J. A. Automated wavelet denoising of photoacoustic signals for circulating melanoma cell detection and burn image reconstruction. Phys Med Biol. 53 (12), N227-N236 (2008).
- Viator, J. A. . Characterization of Photoacoustic Sources in Tissue Using Time Domain Measurements. , (2000).
- Viator, J. A., et al. Clinical testing of a photoacoustic probe for port wine stain depth determination. Lasers Surg Med. 30 (2), 141-148 (2002).
- Viator, J. A., et al. A comparative study of photoacoustic and reflectance methods for determination of epidermal melanin content. J Invest Dermatol. 122 (6), 1432-1439 (2004).
- Viator, J. A., Jacques, S. L., Prahl, S. A. Depth profiling of absorbing soft materials using photoacoustic methods. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 5 (4), 989-996 (1999).
- Weight, R. M., Viator, J. A. Detection of circulating tumor cells by photoacoustic flowmetry. Methods Mol Biol. 1102, 655-663 (2014).
- Gutierrez-Juarez, G., et al. Detection of melanoma cells in vitro using an optical detector of photoacoustic waves. Lasers Surg Med. 42 (3), 274-281 (2010).
- McCormack, D., Bhattacharyya, K., Kannan, R., Katti, K., Viator, J. A. . Progress in Biomedical Optics and Imaging – Proceedings of SPIE. 7564, (2010).
- McCormack, D., Bhattacharyya, K., Kannan, R., Katti, K., Viator, J. A. Enhanced photoacoustic detection of melanoma cells using gold nanoparticles. Lasers Surg Med. 43 (4), 333-338 (2011).
- Hu, S., Maslov, K., Tsytsarev, V., Wang, L. V. Functional transcranial brain imaging by optical-resolution photoacoustic microscopy. J Biomed Opt. 14 (4), 040503-040503-040503 (2009).
- Viator, J. A., et al. Gold nanoparticle mediated detection of prostate cancer cells using photoacoustic flowmetry with optical reflectance. J Biomed Nanotechnol. 6 (2), 187-191 (2010).
- Bhattacharyya, K., et al. Gold Nanoparticle-Mediated Detection of Circulating Cancer Cells. Clin Lab Med. 32 (1), 89-101 (2012).
- Galanzha, E. I., Shashkov, E. V., Tuchin, V. V., Zharov, V. P. In vivo multispectral, multiparameter, photoacoustic lymph flow cytometry with natural cell focusing, label-free detection and multicolor nanoparticle probes. Cytometry Part A. 73A (10), 884-894 (2008).
- Viator, J. A., Choi, B., Ambrose, M., Spanier, J., Nelson, J. S. In vivo port-wine stain depth determination with a photoacoustic probe. Appl Opt. 42 (16), 3215-3224 (2003).
- Wang, L. V. Multiscale photoacoustic microscopy and computed tomography. Nature Photonics. 3 (9), 503-509 (2009).
- Rousseau, G., Gauthier, B., Blouin, A., Monchalin, J. P. Non-contact biomedical photoacoustic and ultrasound imaging. J Biomed Opt. 17 (6), 061217-061211-061217-061217 (2012).
- Hochreiner, A., Bauer-Marschallinger, J., Burgholzer, P., Jakoby, B., Berer, T. Non-contact photoacoustic imaging using a fiber based interferometer with optical amplification. Biomed Opt Exp. 4 (11), 2322-2331 (2013).
- Wang, Y., Li, C., Wang, R. K. Noncontact photoacoustic imaging achieved by using a low-coherence interferometer as the acoustic detector. Opt Lett. 36 (20), 3975-3977 (2011).
- McCormack, D., et al. Photoacoustic detection of melanoma micrometastasis in sentinel lymph nodes. J Biomech Eng. 131 (7), 074519 (2009).
- Weight, R. M., Viator, J. A., Dale, P. S., Caldwell, C. W., Lisle, A. E. Photoacoustic detection of metastatic melanoma cells in the human circulatory system. Opt Lett. 31 (20), 2998-3000 (2006).
- Swearingen, J. A., Holan, S. H., Feldman, M. M., Viator, J. A. Photoacoustic discrimination of vascular and pigmented lesions using classical and Bayesian methods. J Biomed Opt. 15 (1), (2010).
- Talbert, R. J., Holan, S. H., Viator, J. A. Photoacoustic discrimination of viable and thermally coagulated blood using a two-wavelength method for burn injury monitoring. Phys Med Biol. 52 (7), 1815-1829 (2007).
- Samson, E. B., et al. Photoacoustic spectroscopy of beta-hematin. Journal of Optics. 14 (6), 065302 (2012).
- Goudonnet, J. P., Inagaki, T., Arakawa, E. T., Ferrell, T. L. Angular and polarization dependence of surface-enhanced Raman scattering in attenuated-total-reflection geometry. Phys Rev B. 36 (2), 917-921 (1987).
- Inagaki, T., Kagami, K., Arakawa, E. T. Photoacoustic observation of nonradiative decay of surface plasmons in silver. Phys Rev B. 24 (6), 3644-3646 (1981).
- Ruddy, V., MacCraith, B. D., Murphy, J. A. Evanescent wave absorption spectroscopy using multimode fibers. J Appl Phys. 67 (10), 6070-6074 (1990).
- Gupta, B. D., Singh, C. D. Fiber-optic evanescent field absorption sensor: A theoretical evaluation. iber Integr Opt. 13 (4), 433-443 (1994).
- Court, I. N., von Willisen, F. K. Frustrated Total Internal Reflection and Application of Its Principle to Laser Cavity Design. Appl Opt. 3 (6), 719-726 (1964).
- Suter, J. D., Sun, Y., Howard, D. J., Viator, J. A., Fan, X. . Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 7056, (2008).
- DeGrandpre, M. D., Burgess, L. W. Long path fiber-optic sensor for evanescent field absorbance measurements. Anal Chem. 60 (23), 2582-2586 (1988).
- Sun, Y., et al. Optofluidic ring resonator sensors for rapid DNT vapor detection. Analyst. 134 (7), 1386-1391 (2009).
- Mukundan, H., et al. Waveguide-Based Biosensors for Pathogen Detection. Sensors. 9 (7), 5783-5809 (2009).
- Gohring, J. T., Dale, P. S., Fan, X. Detection of HER2 breast cancer biomarker using the opto-fluidic ring resonator biosensor. Sensors and Actuators B: Chemical. 146 (1), 226-230 (2010).
- Sai, V. V. R., et al. Label-free fiber optic biosensor based on evanescent wave absorbance at 280nm. Sensors Actuators B: Chem. 143 (2), 724-730 (2010).
- Wang, F., Anderson, M., Bernards, M. T., Hunt, H. K. PEG Functionalization of Whispering Gallery Mode Optical Microresonator Biosensors to Minimize Non-Specific Adsorption during Targeted, Label-Free Sensing. Sensors (Basel). 15 (8), 18040-18060 (2015).
- Leung, A., Shankar, P. M., Mutharasan, R. A review of fiber-optic biosensors. Sensors Actuators B: Chem. 125 (2), 688-703 (2007).
- Saavedra, S. S., Reichert, W. M. Integrated optical attenuated total reflection spectrometry of aqueous superstrates using prism-coupled polymer waveguides. Anal Chem. 62 (20), 2251-2256 (1990).
- Cargille Labs. . Cargille Microscope Immersion Oils. , (2015).
- Stineman, R. W. A Consistently Well-Behaved Method of Interpolation. Creat. Comp. , 54-57 (1980).
