Устройство для исследования распространения поверхностных электромагнитных волн (пэв) и средство для исследования влияния тонких пленок и микрообъектов на их распространение


 


Владельцы патента RU 2480735:

Захаров Юрий Александрович (RU)
Чистый Игорь Лазаревич (RU)
Михайлов Михаил Юрьевич (RU)

Изобретение относится к оптике, к светотехнике, к оптическим методам анализа и оптическим способам исследования биологических и иных объектов. Устройство для исследования распространения поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ) вдоль образца, содержащего гладкую искривленную металлическую подложку, включает в себя источник и приемник объемной электромагнитной волны (ОЭВ), а также преобразователи ОЭВ в ПЭВ и ПЭВ в ОЭВ. Преобразователи представляют собой металлические лезвия, имеющие кромки, выполненные конгруэнтными поверхности образца. Лезвия установлены с возможностью регулирования ширины щели между их кромками и поверхностью упомянутого образца. Технический результат - повышение эффективности использования ОЭВ при исследовании образцов с криволинейной поверхностью. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Группа изобретений относится к оптике, к светотехнике, к оптическим методам анализа и оптическим способам исследования биологических и иных объектов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны различные способы преобразования объемных электромагнитных волн (далее, для краткости - «ОЭВ») оптического диапазона в поверхностные электромагнитные волны (далее, для краткости - «ПЭВ», или «поверхностные плазмоны»), в частности призменный метод в модификации Отто, призменный метод в модификации Кречмана и решеточный метод (см. обзорную статью Либенсон М.Н. Поверхностные электромагнитные волны оптического диапазона. Соросовский образовательный журнал. 1996, 10:92-8).

Известно устройство для исследования распространения поверхностных плазмонов, состоящее из источника лазерного излучения, призмы, преобразующей часть лазерного излучения (ОЭВ) в поверхностную электромагнитную волну (ПЭВ), металлического образца с нанесенными на него диэлектрическими и/или полупроводниковыми пленками, призмы, преобразующей поверхностную электромагнитную волну (ПЭВ) в объемную электромагнитную волну (ОЭВ), и приемника излучения (см. статью Zhizhin G.N. et al. Aluminum optical constants in far infrared determined from surface electromagnetic waves characteristics. Proc. of SPIE, 6162:61620C-1). Устройство позволяет определять оптические постоянные металлической поверхности на частотах лазерного излучения при известных диэлектрических постоянных пленок или при известных оптических постоянных металлической поверхности диэлектрические постоянные пленок.

Известно устройство аналогичного назначения, содержащее два бритвенных лезвия, установленных на расстоянии друг от друга перпендикулярно плоскому металлическому образцу, в котором первое лезвие служит для преобразования ОЭВ в ПЭВ, а второе - для обратного преобразования (см. статью Saxler J. et al. Time-domain measurements of surface plasmon polaritons in the terahertz frequency range. Phys. Rev., 2004, 69:155427-1).

Общим недостатком этих устройств является низкая эффективность использования ОЭВ при исследовании образцов с криволинейной поверхностью, например с цилиндрической или трубчатой поверхностью.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей заявляемого изобретения является создание устройства для исследования распространения поверхностных плазмонов в образцах с плоской и искривленной поверхностью.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности использования ОЭВ при исследовании образцов с криволинейной поверхностью. Это позволяет снять ранее существовавшее ограничение по форме образцов, пригодных для анализа методом поверхностного плазменного резонанса.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для исследования распространения поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ) вдоль образца, содержащего гладкую искривленную металлическую подложку, включает в себя источник и приемник объемной электромагнитной волны (ОЭВ), а также преобразователи ОЭВ в ПЭВ и ПЭВ в ОЭВ, представляющие собой металлические лезвия, имеющие кромки, выполненные конгруэнтными поверхности образца, которые (лезвия) установлены с возможностью регулирования ширины щели между их (лезвий) кромками и поверхностью упомянутого образца.

Искривленная поверхность является гладкой в том смысле, что размер неровностей достаточно мал, чтобы полностью или в существенной степени препятствовать распространению ПЭВ.

Благодаря выполнению кромок лезвий конгруэнтными гладкой криволинейной поверхности металлической подложки неожиданно удалось приблизить эффективность использования ОЭВ к таковой при исследовании плоских объектов призменным методом.

Вышеописанное техническое решение может быть использовано в различных частных формах, в каждой из которых достигается тот же технический результат.

В частной форме выполнения источник ОЭВ представляет собой терагерцевый лазер.

В еще одной частной форме выполнения упомянутая подложка выполнена из благородного металла, предпочтительно из золота или платины.

В другой частной форме выполнения упомянутые лезвия установлены таким образом, что при регулировании ширина щели остается постоянной по всей ее длине.

В еще одной частной форме выполнения устройство дополнительно содержит пьезоэлектрический привод для точного позиционирования упомянутых лезвий.

В другой частной форме выполнения устройство дополнительно содержит термостат для точного регулирования ширины щелей между кромками упомянутых лезвий и поверхностью образца.

В частной форме упомянутые лезвия выполнены таким образом, что расстояние между их кромкой и поверхностью объекта по всей длине участка преобразования ОЭВ и ПЭВ не превышает нескольких размеров длин волн.

В еще одной частной форме выполнения упомянутая металлическая подложка выполнена в форме металлической трубки.

Устройство может обладать всеми или только некоторыми из признаков вышеописанных частных форм выполнения, при условии что такие признаки совместимы друг с другом.

Согласно еще одному изобретению поставленные задачи решены благодаря применению вышеописанного устройства для исследования влияния пленок молекулярных органических веществ или микрообъектов, включая клетки живых организмов, на распространение поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ) вдоль гладкой искривленной металлической подложки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

На фигуре 1 изображена принципиальная схема одной из частных форм выполнения устройства.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления вышеописанного изобретения устройство состоит из лазера, работающего в непрерывном режиме, например, с длиной волны излучения λ=1,064 мкм, лезвия 1, служащего дифракционным преобразователем объемной электромагнитной волны в поверхностную электромагнитную волну, образца, состоящего из полированной металлической подложки 3 с диэлектрическими или полупроводниковыми пленками 4 и 5, лезвия 2, служащего дифракционным преобразователем поверхностной электромагнитной волны в объемную электромагнитную волну, и приемника излучения 6.

Устройство работает следующим образом: объемная электромагнитная волна (ОЭВ) источника лазерного излучения в результате дифракции на щели между лезвием 1 и поверхностью образца преобразуется в поверхностную электромагнитную волну (ПЭВ), которая распространяется вдоль исследуемой поверхности образца 5 (или 4) до лезвия 2. В результате дифракции на щели между лезвием 2 и поверхностью образца поверхностная электромагнитная волна (ПЭВ) преобразуется в объемную электромагнитную волну (ОЭВ), которая регистрируется приемником излучения 6.

При распространении вдоль поверхности образца между лезвиями 1 и 2 поверхностная электромагнитная волна (ПЭВ) затухает. Величину затухания определяют, плавно отодвигая лезвие 2 относительно лезвия 1 и записывая интенсивность сигнала с приемника излучения как функцию расстояния между лезвиями 1 и 2.

Величина затухания зависит от оптических постоянных металлической поверхности, от оптических постоянных пленок и от их толщины.

Коэффициент затухания измеряют дважды: сначала по участку поверхности с пленкой 4 и получают значение αa, а затем на участке поверхности с пленкой 5 и получают значение αb.

Эти значения коэффициентов затухания используют для расчета оптических постоянных металла - действительной и мнимой части комплексного показателя преломления металла или связанных с ними (в приближении теории Друде-Зинера) плазменной частотой νp и частотой столкновения электронов ντ. Для расчета помимо αa и αb необходимо знать величину диэлектрической проницаемости ε пленки и толщины пленок da и db. Толщину пленок можно измерить, например, методом Физо, а оптические постоянные пленок можно определить на спектрофотометре по методу осциллирующей спектрограммы. Если оптические постоянные металла известны, то по теории Друде-Зинера можно определить ε пленки.

При настройке устройства выбирают оптимальный зазор между кромкой лезвия бритвы и поверхностью. Для этого с помощью микрометрического винта приближают лезвия к поверхности или отодвигают от нее до тех пор, пока сигнал на приемнике излучения не достигнет максимума.

В качестве пленочного материала помимо диэлектрических и полупроводниковых материалов могут быть использованы любые биологические материалы, которым можно придать форму пленки.

Именно поэтому устройство может быть полезным дополнением к развивающейся в настоящее время технике Фурье-спектроскопии, применяемой для исследования оптических свойств молекул ДНК и клеток (см. статью Woolard D.L., Globus T.R., Gelmont B.L., Bykhovskaia M., Samuels A.C., Cookmeyer D., Hesler J.L., Crowe T.W., Jensen J.L. и Loerop W.R. Phys. Rev. E, 2002, 65:051903).

1. Устройство для исследования распространения поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ) вдоль образца, содержащего гладкую искривленную металлическую подложку, включающее в себя источник и приемник объемной электромагнитной волны (ОЭВ), а также преобразователи ОЭВ в ПЭВ и ПЭВ в ОЭВ, представляющие собой металлические лезвия, имеющие кромки, выполненные конгруэнтными поверхности образца, которые (лезвия) установлены с возможностью регулирования ширины щели между их (лезвий) кромками и поверхностью упомянутого образца.

2. Устройство по п.1, в котором источник ОЭВ представляет собой терагерцевый лазер.

3. Устройство по п.1, в котором упомянутая подложка выполнена из благородного металла, предпочтительно из золота или платины.

4. Устройство по п.1, в котором упомянутые лезвия установлены таким образом, что при регулировании ширина щели остается постоянной по всей ее длине.

5. Устройство по п.1, дополнительно содержащее пьезоэлектрический привод для точного позиционирования упомянутых лезвий.

6. Устройство по п.1, дополнительно содержащее термостат для точного регулирования ширины щелей между кромками упомянутых лезвий и поверхностью образца.

7. Устройство по п.1, в котором упомянутые лезвия выполнены таким образом, что расстояние между их кромкой и поверхностью подложки по всей длине участка преобразования ОЭВ и ПЭВ не превышает нескольких размеров длин волн.

8. Устройство по п.1, в котором упомянутая металлическая подложка выполнена в форме металлической трубки.

9. Применение устройства по любому из пп.1-8 для исследования влияния пленок молекулярных органических веществ или микрообъектов, включая клетки живых организмов, на распространение поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ) вдоль гладкой искривленной металлической подложки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицинской технике, а именно с системам и способам формирования изображений при диагностике биообъектов. .

Изобретение относится к спектрофотометрическим методам анализа и может быть использовано в нефтяной и газовой отраслях промышленности для количественного определения в пластовых водах многокомпонентных композиций индикаторов, например тиомочевины и флуоресцеина натрия.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам для определения концентрационно-зависимого количества флуоресцентного контрастного агента, примененного для объекта, в частности мутной среды.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для определения параметров полупроводниковых материалов, а именно для определения времени жизни неравновесных носителей заряда.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к оптико-электронным устройствам контроля параметров дисперсных сред. .

Изобретение относится к химии, в частности к количественному определению загрязнений в пробах воды, взятых на входе в котлоагрегат и выходе из него. .

Изобретение относится к измерительной технике, к способам оптико-физических измерений, базирующихся на эллипсометрии, и предназначено для контроля состава материала по толщине выращиваемых слоев с градиентом состава.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для оперативного контроля толщины пленок нефтепродуктов в очистных сооружениях, на внутренних водоемах, акваториях портов и т.п.

Изобретение относится к экспертизе документов и может быть использовано в следственной, судебно-экспертной, криминалистической и судебной практике, при проведении оперативно-розыскных мероприятий, а также при технической экспертизе

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к системам и способам обработки изображений с использованием томограммы глаза

Изобретение относится к микроэлектронному сенсорному устройству для исследования целевых частиц (1), которые связаны с местами (3) связывания на поверхности (12) связывания носителя (11)

Изобретение относится к области контроля качества авиационных масел с помощью оптических средств и может найти применение в аналитических лабораториях, лабораториях предприятий нефтепродуктообеспечения

Изобретение относится к анализу биологических жидкостей и может быть использовано для определения С-реактивного белка, концентрации тромбоцитов и показателей плазменного гемостаза. Устройство для анализа биологической жидкости содержит установленную в термостатирующем блоке оптически прозрачную кювету, источник оптического излучения, три фотоприемных устройства и средство перемешивания пробы. Все фотоприемные устройства установлены вокруг продольной оси кюветы под разными углами α к оптической оси излучателя, причем нормаль к чувствительной площадке первого из них совпадает с оптической осью источника излучения, а нормали к чувствительным площадкам двух других фотоприемных устройств расположены под углами 30° и 90° к оптической оси излучателя. Выход первого фотоприемного устройства подключен к входу регулируемого блока питания источника излучения, первый выход регулируемого блока питания подключен к входу источника излучения, а второй его выход - к входу аналогово-цифрового преобразователя, при этом второе и третье фотоприемные устройства также подключены к входам аналогово-цифрового преобразователя, выход которого подключен к регистрирующему блоку. Изобретение обеспечивает повышение чувствительности и достоверности определения показаний плазменного гемостаза и концентрации как тромбоцитов так и С-реактивного белка. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Способ включает воздействие на кристалл исходного импульсного поляризованного немонохроматического излучения коротковолнового инфракрасного диапазона для получения исходного импульсного поляризованного излучения коротковолнового инфракрасного диапазона и импульсного поляризованного излучения гармоники видимого диапазона, выделение импульсного поляризованного излучения гармоники видимого диапазона, преобразование его в электрический сигнал, получение зависимости амплитуды электрического сигнала от длины волны импульсного поляризованного монохроматического излучения второй и суммарной гармоник, определение из нее длины волны 90-градусного синхронизма, по значению которого определяют мольное содержание Li2O в монокристалле LiNbO3. В качестве монокристалла LiNbO3 выбирают монокристалл в виде плоскопараллельной пластинки с кристаллографической осью Z, расположенной в плоскости входной грани кристалла, перпендикулярной оси оптической системы. Технический результат - повышение точности определения мольной доли Li2O в монокристалле LiNbO3 при низких значениях мольной доли Li2O и расширение функциональных возможностей. 3 ил.

Изобретение относится к средствам фотоакустической визуализации. Устройство получения информации о субъекте содержит блок акустического преобразования, выполненный с возможностью принимать акустическую волну, генерируемую при облучении субъекта светом, и преобразовывать акустическую волну в электрический сигнал, и блок обработки, выполненный с возможностью получения поверхностного распределения интенсивности света или поверхностного распределения освещенности от света, падающего на поверхность субъекта, на основании информации о форме поверхности субъекта, получения распределения интенсивности света внутри субъекта на основании поверхностного распределения интенсивности света или поверхностного распределения освещенности и получения распределения оптических свойств внутри субъекта на основании электрического сигнала и распределения интенсивности света внутри субъекта. Способ получения информации о субъекте и энергонезависимый машиночитаемый носитель информации, на котором хранится программа, обеспечивают работу устройства. Использование изобретения позволяет точно определить распределение значений оптических характеристик в субъекте. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 9 ил.

Группа изобретений относится к биохимии. Предложен способ получения стандартного образца мутности бактерийных взвесей, стандартный образец мутности бактерийных взвесей, применение стандартного образца мутности бактерийных взвесей, а также набор, содержащий стандартный образец мутности бактерийных взвесей. Способ включает шуттелирование химически нейтрального боросиликатного стекла без барботирования углекислым газом в присутствии этилртутьтиосалицилата натрия в течение 10-70 сут. Шуттелирование осуществляют при режиме встряхивания не менее 50-60 колебаний в минуту по 5-6 ч в сут при амплитуде колебаний не менее 5 см. После шуттелирования полученную суспензию подвергают седиментации для удаления частиц с размером более 3,5 мкм и менее 0,5 мкм. Стандартный образец мутности бактерийных взвесей содержит микросуспензию химически нейтрального боросиликатного стекла с размером частиц 0,5-3,5 мкм, при этом содержание частиц этой фракции составляет не менее 95%. Предложенные изобретения позволяют упростить способ получения стандартного образца мутности бактерийных взвесей и одновременно повысить стабильность стандартного образца. 4 н.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 8 пр.

Группа изобретений относится к области медицины и может быть использована для лабораторной диагностики. Датчик для обнаружения целевой мишени содержит источник света, приемник света, блок проб для связывания целевой мишени, расположенной между источником света и приемником света, блок выбора света, позволяющий свету заданной длины волны приниматься приемником света, и детектор, конфигурированный для генерирования электрического сигнала, величина которого отражает количество света, которое принимается приемником света. При этом блок проб содержит подложку, материал, расположенный на подложке и образующий пленку со структурой, полученной посредством отжига, и зонд, расположенный на материале и конфигурированный для связывания с целевой мишенью. Блок проб выполнен так, что зонд находится на пути пройденного света, излучаемого источником света. Группа изобретений относится также к варианту указанного датчика, в котором вместо блока выбора света датчик содержит источник света, который излучает свет заданной длины волны. Группа изобретений обеспечивает обнаружение целевой молекулы-мишени в течение короткого периода времени и с высокой чувствительностью. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил., 3 пр.

Изобретение относится к инструментальным физико-химическим методам исследования спиртосодержащих жидкостей, преимущественно спиртных напитков и предназначено для установления различия между подлинной, фальсифицированной и контрафактной алкогольной продукцией. Способ предусматривает измерение удельной электропроводности идентифицируемой и эталонной проб и проведение предварительной проверки идентифицируемой пробы на подлинность путем сопоставления этих показателей для обеих проб с использованием неравенства: ( 1 − 0,05 E ) ⋅ S i ≤ S x ≤ ( 1 + 0,05 E ) ⋅ S i , где Si - величина удельной электропроводности эталонной пробы, мкСм/см; Sx - величина удельной электропроводности идентифицируемой пробы, мкСм/см; E - допустимая величина погрешности измерения удельной электропроводности, %. при соблюдении данного неравенства регистрируют ультрафиолетовые спектры поглощения идентифицируемой и эталонной проб спиртного напитка, строят в одной системе координат графические спектральные кривые указанных проб и кривую их вычитания в информативной области спектра, которая для окрашенных спиртных напитков составляет 230-400 нм, а для неокрашенных - 200-230 нм, по матрице дискретных значений кривой вычитания рассчитывают фактические значения критериев идентификации А и В, после чего подлинной признают такую идентифицируемую продукцию, для которой кривая вычитания в границах информативной области ультрафиолетовых спектров поглощения эталонной и идентифицируемой проб соответствует указанным критериям, определяемым из следующих выражений: A = | ∑ i = 1 n ( ( λ i − λ ¯ ) ⋅ ( Δ D i − Δ D ¯ ) ) ∑ i = 1 n ( λ i − λ ¯ ) 2 ⋅ ∑ i = 1 n ( Δ D i − Δ D ¯ ) 2 |          ( 1 ) B = | ∑ i = 1 n ( Δ D i − Δ D ¯ ) 2 ( n ⋅ Δ D ¯ ) | ,        ( 2 ) где λi…λn - дискретные значения длин волн излучения в границах информативной области ультрафиолетовых спектров поглощения эталонной и идентифицируемой проб, нм; λ ¯ - среднее арифметическое из дискретных значений длин волн в границах информативной области ультрафиолетовых спектров поглощения эталонной и идентифицируемой проб, нм; ΔDi…ΔDn - дискретные значения оптической плотности кривой вычитания в информативной области ультрафиолетовых спектров поглощения эталонной и идентифицируемой проб, е.о.п.; Δ D ¯ - среднее арифметическое из дискретных значений оптической плотности кривой вычитания в информативной области ультрафиолетовых спектров поглощения эталонной и идентифицируемой проб, е.о.п.; n - число дискретных значений длин волн λi…λn, оптической плотности ΔDi…ΔDn кривой вычитания в информативной области ультрафиолетовых спектров поглощения эталонной и идентифицируемой проб, и принимающим расчетные значения для окрашенных спиртных напитков A≥0,95, B≤1,0; для бесцветных спиртных напитков B≤0,10. Достигается повышение достоверности и надежности, а также - высокая точность идентификации. 4 ил., 1 табл., 4 пр.
Наверх