An optical fibre based evanescent wave sensor to monitor the deposition rate of thin films

A novel fibre optic sensor for the in situ measurement of the rate of deposition of thin films has been developed. Evanescent wave in the uncladded portion of a multimode fibre is utilised for this sensor development. In the present paper we demonstrate how this sensor is useful for the monitoring of the deposition rate of polypyrrole thin films, deposited by an AC plasma polymerisation method. This technique is simple, accurate and highly sensitive compared with existing techniques.

Chemical sensing with microbent optical fiber

We propose and demonstrate the possibility of using a permanently microbent bare optical fiber for detecting chemical species. Two detection schemes, viz., a bright-field detection scheme (for the core modes), and a dark-field detection scheme (for the cladding modes) have been employed to produce a fiber-optic sensor. The sensor described here is sensitive enough to detect concentrations as low as nanomoles per liter of a chemical species, with a dynamic range of more than 6 orders of magnitude.

Optical limiting and thermal lensing studies in C60

Optical limiting and thermo-optic properties of C60 in toluene are studied using 532 nm, 9 ns pulses from a frequency-doubled Nd:YAG laser. Optical limiting studies in these fullerene molecules lead to the conclusion that reverse saturable absorption is the major mechanism for limiting properties in these molecules. Thermal lensing measurements are also performed in fullerene solutions. The quadratic dependence of thermal lens signal on incident energy confirms that enhanced optical absorption by the sample via excited triplet state absorption may play a leading role in the limiting property.

Microbent optical fibers as evanescent wave sensors

Microbent optical fibers are potential candidates for evanescent wave sensing. We investigate the behavior of a permanently microbent fiber optic sensor when it is immersed in an absorbing medium. Two distinct detection schemes, namely, bright-field and dark-field detection configuration, are employed for the measurements. The optical power propagating through the sensor is found to vary in a logarithmic fashion with the concentration of the absorbing species in the surrounding medium. We observe that the sensitivity of the setup is dependent on the bending amplitude and length of the microbend region for the bright-field detection scheme, while it is relatively independent of both for the dark-field detection configuration. This feature can be exploited in compact sensor designs where reduction of the sensing region length is possible without sacrificing sensitivity.

Growth, optical characterization, and laser operation of a stoichiometric crystal KYb(WO4)(2)

We present our recent achievements in the growing and optical characterization of KYb(WO4)2 (hereafter KYbW) crystals and demonstrate laser operation in this stoichiometric material. Single crystals of KYbW with optimal crystalline quality have been grown by the top-seeded-solution growth slow-cooling method. The optical anisotropy of this monoclinic crystal has been characterized, locating the tensor of the optical indicatrix and measuring the dispersion of the principal values of the refractive indices as well as the thermo-optic coefficients. Sellmeier equations have been constructed valid in the visible and near-IR spectral range. Raman scattering has been used to determine the phonon energies of KYbW and a simple physical model is applied for classification of the lattice vibration modes. Spectroscopic studies (absorption and emission measurements at room and low temperature) have been carried out in the spectral region near 1 µm characteristic for the ytterbium transition. Energy positions of the Stark sublevels of the ground and the excited state manifolds have been determined and the vibronic substructure has been identified. The intrinsic lifetime of the upper laser level has been measured taking care to suppress the effect of reabsorption and the intrinsic quantum efficiency has been estimated. Lasing has been demonstrated near 1074 nm with 41% slope efficiency at room temperature using a 0.5 mm thin plate of KYbW. This laser material holds great promise for diode pumped high-power lasers, thin disk and waveguide designs as well as for ultrashort (ps/fs) pulse laser systems.

Development of optical fiber sensors for selected chemical and physical sensing applications

The objective of the preset work is to develop optical fiber sensors for various physical and chemical parameters. As a part of this we initially investigated trace analysis of silica, ammonia, iron and phosphate in water. For this purpose the author has implemented a dual wavelength probing scheme which has many advantages over conventional evanescent wave sensors. Dual wavelength probing makes the design more reliable and repeatable and this design makes the sensor employable for concentration, chemical content, adulteration level, monitoring and control in industries or any such needy environments. Use of low cost components makes the system cost effective and simple. The Dual wavelength probing scheme is employed for the trace analysis of silica, iron, phosphate, and ammonia in water. Such sensors can be employed for the steam and water quality analysers in power plants. Few samples from a power plant are collected and checked the performance of developed system for practical applications.

Alkaline protease from a non-toxigenic mangrove isolate of Vibrio sp. V26 with potential application in animal cell culture

Vibrio sp. V26 isolated from mangrove sediment showed 98 % similarity to 16S rRNA gene of Vibrio cholerae, V. mimicus, V. albensis and uncultured clones of Vibrio. Phenotypically also it resembled both V. cholerae and V. mimicus.Serogrouping, virulence associated gene profiling, hydrophobicity, and adherence pattern clearly pointed towards the non—toxigenic nature of Vibrio sp. V26. Purification and characterization of the enzyme revealed that it was moderately thermoactive, nonhemagglutinating alkaline metalloprotease with a molecular mass of 32 kDa. The application of alkaline protease from Vibrio sp. V26 (APV26) in sub culturing cell lines (HEp-2, HeLa and RTG-2) and dissociation of animal tissue (chick embryo) for primary cell culture were investigated. The time required for dissociation of cells as well as the viable cell yield obtained by while administeringAPV26 and trypsin were compared. Investigations revealed that the alkaline protease of Vibrio sp. V26 has the potential to be used in animal cell culture for subculturing cell lines and dissociation of animal tissue for the development of primary cell cultures, which has not been reported earlier among metalloproteases of Vibrios.

Dessiign and Devellopmentt off FFiiberr Opttiicc Senssorrss fforr Qualliitty Evalluattiion off varriiouss LLiiquiid and Gasseouss Mediia

Cochin University of Science And Technology

Design and Development of Fiber Grating Based Chemical and Bio-Sensors

International School of Photonics

Magnetische Kopplungen in magneto-optischen Speicherschichten

Im Rahmen dieser Arbeit wurden magneto-optische Speicherschichten und ihre Kopplungen untereinander untersucht. Hierzu wurden zum Einen die für die magneto-optische Speichertechnologie "klassischen" Schichten aus RE/TM-Legierungen verwendet, zum Anderen aber auch erfolgreich Granate integriert, die bisher nicht in diesem Anwendungsgebiet verwendet wurden. Einleitend werden die magneto-optischen Verfahren, die resultierenden Anforderungen an die dünnen Schichten und die entsprechenden physikalischen Grundlagen diskutiert. Außerdem wird auf das Hochfrequenz-Sputtern von RE/TM-Legierungen eingegangen und die verwendeten magneto-optischen Messverfahren werden erläutert [Kap. 2 & 3]. Die Untersuchungen an RE/TM-Schichten bestätigen die aus der Literatur bekannten Eigenschaften. Sie lassen sich effektiv, und für magneto-optische Anwendungen geeignet, über RF-Sputtern herstellen. Die unmittelbaren Schicht-Parameter, wie Schichtdicke und Terbium-Konzentration, lassen sich über einfache Zusammenhänge einstellen. Da die Terbium-Konzentration eine Änderung der Kompensationstemperatur bewirkt, lässt sich diese mit Messungen am Kerr-Magnetometer überprüfen. Die für die Anwendung interessante senkrechte magnetische Anisotropie konnte ebenfalls mit den Herstellungsbedingungen verknüpft werden. Bei der Herstellung der Schichten auf einer glatten Glas-Oberfläche (Floatglas) zeigt die RE/TM-Schicht bereits in den ersten Lagen ein Wachstumsverhalten, das eine senkrechte Anisotropie bewirkt. Auf einer Quarzglas- oder Keramik-Oberfläche wachsen die ersten Lagen in einer durch das Substrat induzierten Struktur auf, danach ändert sich das Wachstumsverhalten stetig, bis eine senkrechte Anisotropie erreicht wird. Dieses Verhalten kann auch durch verschiedene Pufferschichten (Aluminium und Siliziumnitrid) nur unwesentlich beeinflusst werden [Kap. 5 & Kap. 6]. Bei der direkten Aufbringung von Doppelschichten, bestehend aus einer Auslese-Schicht (GdFeCo) auf einer Speicherschicht (TbFeCo), wurde die Austausch-Kopplung demonstriert. Die Ausleseschicht zeigt unterhalb der Kompensationstemperatur keine Kopplung an die Speicherschicht, während oberhalb der Kompensationstemperatur eine direkte Kopplung der Untergitter stattfindet. Daraus ergibt sich das für den MSR-Effekt erwünschte Maskierungsverhalten. Die vorher aus den Einzelschichten gewonnen Ergebnisse zu Kompensationstemperatur und Wachstumsverhalten konnten in den Doppelschichten wiedergefunden werden. Als Idealfall erweist sich hier die einfachste Struktur. Man bringt die Speicherschicht auf Floatglas auf und bedeckt diese direkt mit der Ausleseschicht [Kap. 7]. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, den Faraday-Effekt einer Granatschicht als verstärkendes Element zu nutzen. Im anwendungstauglichen, integrierten Schichtsystem konnten die kostengünstig, mit dem Sol-Gel-Verfahren produzierten, Granate die strukturellen Anforderungen nicht erfüllen, da sich während der Herstellung Risse und Löcher gebildet haben. Bei der experimentellen Realisierung mit einer einkristallinen Granatschicht und einer RE/TM-Schicht konnte die prinzipielle Eignung des Schichtsystems demonstriert werden [Kap. 8].

Optical Antennas for Biosensing Applications

The aim of the thesis is to theoretically investigate optical/plasmonic antennas for biosensing applications. The full 3-D numerical electromagnetic simulations have been performed by using finite integration technique (FIT). The electromagnetic properties of surface plasmon polaritons (SPPs) and the localized surface plasmons (LSPs) based devices are studied for sensing purpose. The surface plasmon resonance (SPR) biosensors offer high refractive index sensitivity at a fixed wavelength but are not enough for the detection of low concentrations of molecules. It has been demonstrated that the sensitivity of SPR sensors can be increased by employing the transverse magneto-optic Kerr effect (TMOKE) in combination with SPPs. The sensor based on the phenomena of TMOKE and SPPs are known as magneto-optic SPR (MOSPR) sensors. The optimized MOSPR sensor is analyzed which provides 8 times higher sensitivity than the SPR sensor, which will be able to detect lower concentration of molecules. But, the range of the refractive index detection is limited, due to the rapid decay of the amplitude of the MOSPR-signal with the increase of the refractive indices. Whereas, LSPs based sensors can detect lower concentrations of molecules, but their sensitivity is small at a fixed wavelength. Therefore, another device configuration known as perfect plasmonic absorber (PPA) is investigated which is based on the phenomena of metal-insulator-metal (MIM) waveguide. The PPA consists of a periodic array of gold nanoparticles and a thick gold film separated by a dielectric spacer. The electromagnetic modes of the PPA system are analyzed for sensing purpose. The second order mode of the PPA at a fixed wavelength has been proposed for the first time for biosensing applications. The PPA based sensor combines the properties of the LSPR sensor and the SPR sensor, for example, it illustrates increment in sensitivity of the LSPR sensor comparable to the SPR and can detect lower concentration of molecules due to the presence of nanoparticles.

Magneto-optische Oberflächenplasmonresonanzeffekte in austauschverschobenen Dünnschichtsystemen

Die Wechselwirkungen zwischen Biomolekülen spielen eine zentrale Rolle in der biochemischen und pharmazeutischen Forschung. In der biomolekularen Interaktionsanalyse sind dabei Biosensoren auf Basis des Oberflächenplasmonresonanzeffekts (SPR-Effekt) weitverbreitet. Seit Einführung der ersten kommerziellen SPR-Biosensoren Anfang der 1990er Jahre wurden verschiedenste Messanordnungen sowie Materialsysteme mit dem Ziel einer möglichst hohen Empfindlichkeit getestet. Eine Möglichkeit zur Steigerung der Empfindlichkeit klassischer SPR-Systeme bieten sogenannte magneto-optische SPR-Biosensoren (MOSPR-Biosensoren). Grundlage der Empfindlichkeitssteigerung ist die gleichzeitige Messung des SPR-Effekts und des transversalen magneto-optischen KERR-Effekts (tMOKE). Bisherige Untersuchungen haben sich meist auf den Einfluss der Magnetisierung freier ferromagnetischer Schichten beschränkt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden erstmals austauschverschobene Dünnschichtsysteme (EB-Systeme), eine Kombination aus Ferromagnet und Antiferromagnet, hinsichtlich ihrer Eignung für SPR- und MOSPR-basierte biosensorische Anwendungen untersucht. Aufgrund der remanenten Magnetisierung der ferromagnetischen Schicht und ihrer magnetischen Strukturierbarkeit sind EB-Systeme eine hochinteressante Plattform zur Realisierung neuer Biosensorkonzepte. Zur Reduzierung der stark dämpfendenden Wirkung magnetischer Materialien wurde das hier betrachtete IrMn/Co EB-System zwischen zwei Goldschichten eingebettet. Eine Gegenüberstellung optimierter Au/ IrMn/Co/Au-Systeme mit einem reinen Au-System, wie es typischerweise in kommerziellen SPR-basierten Biosensoren eingesetzt wird, demonstriert, dass mit den entwickelten EB-Systemen vergleichbare Empfindlichkeiten in SPR-Sensor-Anwendungen erreicht werden können. Die magneto-optische Aktivität der untersuchten Dünnschichtsysteme liegt im Bereich der Literaturwerte für Au/Co/Au-Systeme, mit denen erhöhte Empfindlichkeiten gegenüber Standard-SPR-Biosensoren realisiert wurden. Auf Grundlage magnetisch strukturierter Au/IrMn/Co/Au-Systeme wurden neue Biosensorkonzepte entwickelt und getestet. Erste Experimente belegen, dass mit diesen Schichtsystemen eine gleichzeitige Detektion der magnetisierungsabhängigen Reflektivitäten in ortsauflösenden MOSPR-Messungen möglich ist. Eine solche Messanordnung profitiert von der erhöhten Empfindlichkeit MOSPR-basierter Biosensoren, hohen Messgeschwindigkeiten und einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis. Weiterhin wurde der domänenwandassistierte Transport (DOWMAT) superparamagnetischer Partikel über der Oberfläche eines exemplarischen EB-Systems, zur Sensorintegration von Misch-, Reinigungs- und Aufkonzentrationsfunktionen erfolgreich getestet. Die Ergebnisse demonstrieren, dass ein Transport von Partikelreihen mit hohen Geschwindigkeiten bei moderaten externen Magnetfeldern über den entwickelten Schichtsystemen möglich ist. Die Agglomeration der Partikel wird dabei intrinsisch vermieden. Diese Beobachtungen verdeutlichen die Vorzüge des DOWMAT-Mechanismus für biosensorische Anwendungen. Die präsentierten Untersuchungen bilden die Grundlage auf dem Weg zur Umsetzung neuer vielversprechender Biosensorkonzepte, die eine Schlüsselfunktion in der medizinischen point-of-care-Diagnostik bei der Detektion kleinster Konzentrationen krankheitsrelevanter Biomarker einnehmen können.

The function of SIFamide, PDF, and further neuropeptides in the circadian system of Rhyparobia maderae

Der täglich Wechsel von Hell- und Dunkelphasen führte während der Evolution zur Entwicklung innerer Uhren in nahezu allen Organismen. In der Schabe Rhyparobia maderae lokalisierten Läsions- und Transplantationsexperimente die innere Uhr in der akzessorischen Medulla (AME). Dieses kleine birnenförmige Neuropil am ventromedianen Rand der Medulla ist mit etwa 240 Neuronen assoziiert, die eine hohe Anzahl an zum Teil kolokalisierten Neuropeptiden und Neurotransmittern exprimieren. Diese Signalstoffe scheinen essentiell zu sein für die Synchronisation der inneren Uhr mit der Umwelt, der Kopplung der beiden bilateralen AME, der Aufrechterhaltung des circadianen Rhythmus sowie der zeitlichen Steuerung bestimmter Verhaltensweisen. Während die Funktion einiger dieser neuronalen Botenstoffe bereits gut untersucht ist, fehlt sie für andere. Zudem ist noch ungeklärt, wann einzelne Botenstoffe im circadianen Netzwerk agieren. Im Fokus dieser Studie lag daher die Erforschung der Funktion von SIFamide und Corazonin im circadianen Netzwerk sowie die weitere Untersuchung der Funktionen der Neuropeptide MIP und PDF. Es konnte gezeigt werden, dass SIFamide auch in R. maderae in vier großen neurosekretorischen Zellen in der pars intercerebralis exprimiert wird. Varikosenreiche SIFamide-immureaktive (-ir) Fasern innervieren eine Vielzahl an Neuropilen und finden sich auch in der Hüllregion der AME. Injektionsexperimente resultierten in einer monophasischen Phasen-Antwort-Kurve (PRC) mit einer Verzögerung zur frühen subjektiven Nacht. SIFamide ist also ein Eingangssignal für das circadiane Netzwerk und könnte in der Kontrolle der Schalf/Wach-Homöostase involviert sein. Auch Corazonin fungiert als Eingangssignal. Da die Injektionsexperimente in einer monophasischen PRC mit einem Phasenvorschub zur späten subjektiven Nacht resultierten, ist davon auszugehen, dass die Corazonin-ir AME-Zelle Bestandteil des Morning-Oszillator-Netzwerkes in R. maderae ist. Darüber hinaus zeigten Backfill-Experimente, dass MIP an der Kopplung beider AMAE beteiligt ist. ELISA-Quantifizierungen der PDF-Level im Tagesverlauf ergaben Schwankungen in der Konzentration, die auf eine Ausschüttung des Peptids während des Tages hindeuten – ähnlich wie es in Drosophila melanogaster der Fall ist. Dies spiegelt sich in der vervollständigten bimodalen PDF-PRC wieder. Hier führen Injektionen zu einem Phasenvorschub, bevor maximale Peptidlevel erreicht werden, sowie zu einer Phasenverzögerung, sobald die Peptidlevel wieder zu sinken beginnen. Die PRCs erlauben somit Rückschlüsse auf den Zeitpunkt der maximalen Peptidfreisetzung. PDF-ir Neuriten findet sich zudem in sämtlichen Ganglien des ventralen Strickleiternervensystems, was eine Funktion in der Kontrolle der Prozesse impliziert, die durch die Mustergeneratoren in Thorakal- und Abdominalganglien gesteuert werden.

Macrodisco y glaucoma en individuos estudiados con tomografía óptica coherente

Introducción: El glaucoma representa la tercera causa de ceguera a nivel mundial y un diagnóstico oportuno requiere evaluar la excavación del nervio óptico que está relacionada con el área del mismo. Existen reportes de áreas grandes (macrodiscos) que pueden ser protectoras, mientras otros las asocian a susceptibilidad para glaucoma. Objetivo: Establecer si existe asociación entre macrodisco y glaucoma en individuos estudiados con Tomografía Optica Coherente (OCT ) en la Fundación Oftalmológica Nacional. Métodos: Estudio transversal de asociación que incluyó 25 ojos con glaucoma primario de ángulo abierto y 74 ojos sanos. A cada individuo se realizó examen oftalmológico, campo visual computarizado y OCT de nervio óptico. Se compararon por grupos áreas de disco óptico y número de macrodiscos, definidos según Jonas como un área de la media más dos desviaciones estándar y según Adabache como área ≥3.03 mm2 quien evaluó población Mexicana. Resultados: El área promedio de disco óptico fue 2,78 y 2,80 mm2 glaucoma Vs. sanos. De acuerdo al criterio de Jonas, se observó un macrodisco en el grupo sanos y según criterio de Adabache se encontraron ocho y veinticinco macrodiscos glaucoma Vs. sanos. (OR=0,92 IC95%=0.35 – 2.43). Discusión: No hubo diferencia significativa (P=0.870) en el área de disco entre los dos grupos y el porcentaje de macrodiscos para los dos grupos fue similar, aunque el bajo número de éstos no permitió concluir en términos estadísticos sobre la presencia de macrodisco y glaucoma.

Hiperautofluorescencia foveal como factor predictor de recuperación visual en pacientes con desprendimiento regmatógeno de retina

Introducción: una de las causas de pobre ganancia visual luego de un tratamiento exitoso de desprendimiento de retina, sin complicaciones, es el daño de los fotoreceptores, reflejada en una disrupción de la capa de la zona elipsoide y membrana limitante externa (MLE). En otras patologías se ha demostrado que la hiperautofluorescencia foveal se correlaciona con la integridad de la zona elipsoide y MLE y una mejor recuperación visual. Objetivos: evaluar la asociación entre la hiperautofluorescencia foveal, la integridad de la capa de la zona elipsoide y recuperación visual luego de desprendimiento de retina regmatógeno (DRR) exitosamente tratado. Evaluar la concordancia inter-evaluador de estos exámenes. Metodología: estudio de corte transversal de autofluorescencia foveal y tomografía óptica coherente macular de dominio espectral en 65 pacientes con DRR evaluados por 3 evaluadores independientes. La concordancia inter-evaluador se estudio mediante Kappa de Cohen y la asociación entre las diferentes variables mediante la prueba chi cuadrado y pruebas Z para comparación de proporciones. Resultados: La concordancia de la autofluorescencia fue razonable y la de la tomografía óptica coherente macular buena a muy buena. Sujetos que presentaron hiperautofluorescencia foveal asociada a integridad de la capa de la zona elipsoide tuvieron 20% más de posibilidad de recuperar agudeza visual final mejor a 20/50 que los que no cumplieron éstas características. Conclusión: Existe una asociación clínicamente importante entre la hiperautofluorescencia foveal, la integridad de la capa de zona elipsoide y la mejor agudeza visual final, sin embargo ésta no fue estadísticamente significativa (p=0.39)