Abstract

We demonstrate a proof-of-concept optical spectroscopic system for bioaerosol-particle fluorescence detection, in which a pulsed high-power laser is replaced by a highly compact linear array of sequentially fired light from blue light-emitting diodes. The results suggest that low-cost, compact optical aerosol detection may be feasible with the contemporary emergence of efficient UV light-emitting diodes.

© 2003 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. Y. L. Pan, S. Holler, R. K. Chang, S. C. Hill, R. G. Pinnick, S. Niles, and J. R. Bottiger, Opt. Lett. 24, 116 (1999).
    [CrossRef]
  2. P. P. Hairston, J. Ho, and F. R. Quant, Aerosol Sci. Technol. 28, 471 (1997).
  3. P. H. Kaye, J. E. Barton, E. Hirst, and J. M. Clark, Appl. Opt. 39, 3738 (2000).
    [CrossRef]
  4. J. D. Eversole, J. J. Hardgrove, W. K. Cary, Jr., D. P. Choulas, and M. Seaver, Field Anal. Chem. Tech. 3, 249 (1999).
    [CrossRef]
  5. F. L. Reys, T. H. Jeys, N. R. Newbury, C. A. Primmerman, G. S. Rowe, and A. Scanchez, Field Anal. Chem. Tech. 3, 240 (1999).
    [CrossRef]
  6. S. C. Hill, R. G. Pinnick, S. Niles, N. F. Fell, Jr., Y. L. Pan, J. Bottiger, S. Holler, and R. K. Chang, Appl. Opt. 40, 3005 (2001).
    [CrossRef]
  7. J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Goetz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001).
    [CrossRef]
  8. I. Ozden, M. Diagne, A. V. Nurmikko, J. Han, and T. Takeuchi, Phys. Status Solidi A 188, 139 (2001).
    [CrossRef]
  9. M. Diagne, Y. He, H. Zhou, E. Makarona, A. V. Nurmikko, J. Han, K. E. Waldrip, J. J. Figiel, T. Takeuchi, and M. Krames, Appl. Phys. Lett. 79, 3720 (2001).
    [CrossRef]

2001 (4)

S. C. Hill, R. G. Pinnick, S. Niles, N. F. Fell, Jr., Y. L. Pan, J. Bottiger, S. Holler, and R. K. Chang, Appl. Opt. 40, 3005 (2001).
[CrossRef]

J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Goetz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001).
[CrossRef]

I. Ozden, M. Diagne, A. V. Nurmikko, J. Han, and T. Takeuchi, Phys. Status Solidi A 188, 139 (2001).
[CrossRef]

M. Diagne, Y. He, H. Zhou, E. Makarona, A. V. Nurmikko, J. Han, K. E. Waldrip, J. J. Figiel, T. Takeuchi, and M. Krames, Appl. Phys. Lett. 79, 3720 (2001).
[CrossRef]

2000 (1)

1999 (3)

J. D. Eversole, J. J. Hardgrove, W. K. Cary, Jr., D. P. Choulas, and M. Seaver, Field Anal. Chem. Tech. 3, 249 (1999).
[CrossRef]

F. L. Reys, T. H. Jeys, N. R. Newbury, C. A. Primmerman, G. S. Rowe, and A. Scanchez, Field Anal. Chem. Tech. 3, 240 (1999).
[CrossRef]

Y. L. Pan, S. Holler, R. K. Chang, S. C. Hill, R. G. Pinnick, S. Niles, and J. R. Bottiger, Opt. Lett. 24, 116 (1999).
[CrossRef]

1997 (1)

P. P. Hairston, J. Ho, and F. R. Quant, Aerosol Sci. Technol. 28, 471 (1997).

Barton, J. E.

Bottiger, J.

Bottiger, J. R.

Cary, Jr., W. K.

J. D. Eversole, J. J. Hardgrove, W. K. Cary, Jr., D. P. Choulas, and M. Seaver, Field Anal. Chem. Tech. 3, 249 (1999).
[CrossRef]

Chang, R. K.

Choulas, D. P.

J. D. Eversole, J. J. Hardgrove, W. K. Cary, Jr., D. P. Choulas, and M. Seaver, Field Anal. Chem. Tech. 3, 249 (1999).
[CrossRef]

Christenson, G.

J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Goetz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001).
[CrossRef]

Clark, J. M.

Diagne, M.

I. Ozden, M. Diagne, A. V. Nurmikko, J. Han, and T. Takeuchi, Phys. Status Solidi A 188, 139 (2001).
[CrossRef]

M. Diagne, Y. He, H. Zhou, E. Makarona, A. V. Nurmikko, J. Han, K. E. Waldrip, J. J. Figiel, T. Takeuchi, and M. Krames, Appl. Phys. Lett. 79, 3720 (2001).
[CrossRef]

Eversole, J. D.

J. D. Eversole, J. J. Hardgrove, W. K. Cary, Jr., D. P. Choulas, and M. Seaver, Field Anal. Chem. Tech. 3, 249 (1999).
[CrossRef]

Fell, Jr., N. F.

Figiel, J. J.

M. Diagne, Y. He, H. Zhou, E. Makarona, A. V. Nurmikko, J. Han, K. E. Waldrip, J. J. Figiel, T. Takeuchi, and M. Krames, Appl. Phys. Lett. 79, 3720 (2001).
[CrossRef]

Gardner, N. F.

J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Goetz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001).
[CrossRef]

Goetz, W.

J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Goetz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001).
[CrossRef]

Hairston, P. P.

P. P. Hairston, J. Ho, and F. R. Quant, Aerosol Sci. Technol. 28, 471 (1997).

Han, J.

I. Ozden, M. Diagne, A. V. Nurmikko, J. Han, and T. Takeuchi, Phys. Status Solidi A 188, 139 (2001).
[CrossRef]

M. Diagne, Y. He, H. Zhou, E. Makarona, A. V. Nurmikko, J. Han, K. E. Waldrip, J. J. Figiel, T. Takeuchi, and M. Krames, Appl. Phys. Lett. 79, 3720 (2001).
[CrossRef]

Hardgrove, J. J.

J. D. Eversole, J. J. Hardgrove, W. K. Cary, Jr., D. P. Choulas, and M. Seaver, Field Anal. Chem. Tech. 3, 249 (1999).
[CrossRef]

He, Y.

M. Diagne, Y. He, H. Zhou, E. Makarona, A. V. Nurmikko, J. Han, K. E. Waldrip, J. J. Figiel, T. Takeuchi, and M. Krames, Appl. Phys. Lett. 79, 3720 (2001).
[CrossRef]

Hill, S. C.

Hirst, E.

Ho, J.

P. P. Hairston, J. Ho, and F. R. Quant, Aerosol Sci. Technol. 28, 471 (1997).

Holler, S.

Jeys, T. H.

F. L. Reys, T. H. Jeys, N. R. Newbury, C. A. Primmerman, G. S. Rowe, and A. Scanchez, Field Anal. Chem. Tech. 3, 240 (1999).
[CrossRef]

Kaye, P. H.

Kern, R. S.

J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Goetz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001).
[CrossRef]

Krames, M.

M. Diagne, Y. He, H. Zhou, E. Makarona, A. V. Nurmikko, J. Han, K. E. Waldrip, J. J. Figiel, T. Takeuchi, and M. Krames, Appl. Phys. Lett. 79, 3720 (2001).
[CrossRef]

Krames, M. R.

J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Goetz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001).
[CrossRef]

Lowery, C.

J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Goetz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001).
[CrossRef]

Ludowise, M. J.

J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Goetz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001).
[CrossRef]

Makarona, E.

M. Diagne, Y. He, H. Zhou, E. Makarona, A. V. Nurmikko, J. Han, K. E. Waldrip, J. J. Figiel, T. Takeuchi, and M. Krames, Appl. Phys. Lett. 79, 3720 (2001).
[CrossRef]

Martin, P. S.

J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Goetz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001).
[CrossRef]

Newbury, N. R.

F. L. Reys, T. H. Jeys, N. R. Newbury, C. A. Primmerman, G. S. Rowe, and A. Scanchez, Field Anal. Chem. Tech. 3, 240 (1999).
[CrossRef]

Niles, S.

Nurmikko, A. V.

I. Ozden, M. Diagne, A. V. Nurmikko, J. Han, and T. Takeuchi, Phys. Status Solidi A 188, 139 (2001).
[CrossRef]

M. Diagne, Y. He, H. Zhou, E. Makarona, A. V. Nurmikko, J. Han, K. E. Waldrip, J. J. Figiel, T. Takeuchi, and M. Krames, Appl. Phys. Lett. 79, 3720 (2001).
[CrossRef]

O'Shea, J. J.

J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Goetz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001).
[CrossRef]

Ozden, I.

I. Ozden, M. Diagne, A. V. Nurmikko, J. Han, and T. Takeuchi, Phys. Status Solidi A 188, 139 (2001).
[CrossRef]

Pan, Y. L.

Pinnick, R. G.

Primmerman, C. A.

F. L. Reys, T. H. Jeys, N. R. Newbury, C. A. Primmerman, G. S. Rowe, and A. Scanchez, Field Anal. Chem. Tech. 3, 240 (1999).
[CrossRef]

Quant, F. R.

P. P. Hairston, J. Ho, and F. R. Quant, Aerosol Sci. Technol. 28, 471 (1997).

Reys, F. L.

F. L. Reys, T. H. Jeys, N. R. Newbury, C. A. Primmerman, G. S. Rowe, and A. Scanchez, Field Anal. Chem. Tech. 3, 240 (1999).
[CrossRef]

Rowe, G. S.

F. L. Reys, T. H. Jeys, N. R. Newbury, C. A. Primmerman, G. S. Rowe, and A. Scanchez, Field Anal. Chem. Tech. 3, 240 (1999).
[CrossRef]

Scanchez, A.

F. L. Reys, T. H. Jeys, N. R. Newbury, C. A. Primmerman, G. S. Rowe, and A. Scanchez, Field Anal. Chem. Tech. 3, 240 (1999).
[CrossRef]

Seaver, M.

J. D. Eversole, J. J. Hardgrove, W. K. Cary, Jr., D. P. Choulas, and M. Seaver, Field Anal. Chem. Tech. 3, 249 (1999).
[CrossRef]

Shen, Y.-C.

J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Goetz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001).
[CrossRef]

Steigerwald, D. A.

J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Goetz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001).
[CrossRef]

Stockman, S. A.

J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Goetz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001).
[CrossRef]

Subramanya, S.

J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Goetz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001).
[CrossRef]

Takeuchi, T.

I. Ozden, M. Diagne, A. V. Nurmikko, J. Han, and T. Takeuchi, Phys. Status Solidi A 188, 139 (2001).
[CrossRef]

M. Diagne, Y. He, H. Zhou, E. Makarona, A. V. Nurmikko, J. Han, K. E. Waldrip, J. J. Figiel, T. Takeuchi, and M. Krames, Appl. Phys. Lett. 79, 3720 (2001).
[CrossRef]

Waldrip, K. E.

M. Diagne, Y. He, H. Zhou, E. Makarona, A. V. Nurmikko, J. Han, K. E. Waldrip, J. J. Figiel, T. Takeuchi, and M. Krames, Appl. Phys. Lett. 79, 3720 (2001).
[CrossRef]

Wierer, J. J.

J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Goetz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001).
[CrossRef]

Zhou, H.

M. Diagne, Y. He, H. Zhou, E. Makarona, A. V. Nurmikko, J. Han, K. E. Waldrip, J. J. Figiel, T. Takeuchi, and M. Krames, Appl. Phys. Lett. 79, 3720 (2001).
[CrossRef]

Aerosol Sci. Technol. (1)

P. P. Hairston, J. Ho, and F. R. Quant, Aerosol Sci. Technol. 28, 471 (1997).

Appl. Opt. (2)

Appl. Phys. Lett. (2)

J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Goetz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001).
[CrossRef]

M. Diagne, Y. He, H. Zhou, E. Makarona, A. V. Nurmikko, J. Han, K. E. Waldrip, J. J. Figiel, T. Takeuchi, and M. Krames, Appl. Phys. Lett. 79, 3720 (2001).
[CrossRef]

Field Anal. Chem. Tech. (1)

F. L. Reys, T. H. Jeys, N. R. Newbury, C. A. Primmerman, G. S. Rowe, and A. Scanchez, Field Anal. Chem. Tech. 3, 240 (1999).
[CrossRef]

Field Anal. Chem. Tech. (1)

J. D. Eversole, J. J. Hardgrove, W. K. Cary, Jr., D. P. Choulas, and M. Seaver, Field Anal. Chem. Tech. 3, 249 (1999).
[CrossRef]

Opt. Lett. (1)

Phys. Status Solidi A (1)

I. Ozden, M. Diagne, A. V. Nurmikko, J. Han, and T. Takeuchi, Phys. Status Solidi A 188, 139 (2001).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic of the experimental setup used for detecting LEDIF spectra from individual flowing micrometer-sized aerosol particles. Inset, scanning electron microscopy image from one LED with its microlens.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Single LED emission profile 0,0, the accumulated scattering leakage spectrum 0,LP through a 500-nm long-pass filter from 100 50µm pure water droplets, and the fluorescence spectrum with the scattering leakage 0,LP through a 500-nm long-pass filter from 100 50µm RBF-doped water droplets. (b) Fluorescence spectrum of a RBF droplet (solid curve) obtained by subtracting spectrum I from spectrum II in (a) and the fluorescence spectrum of a RBF-doped water droplet (dashed curve) SP,LP by direct measurement with both the short- and long-pass filters on. The notation in parentheses indicates whether the short-pass (SP) and long-pass (LP) filters were used.

Fig. 3
Fig. 3

Twenty-five successive fluorescence spectra from single flowing RBF droplets excited by sequentially emitting the LED array. The LEDs emit in groups of six, starting with 1–6, then 5–10, 9–14, and so on until LEDs 27–32 emit. The ten groups of LEDs run at 7000 Hz to match the flowing speed of the droplet. With this timing condition two LEDs in each group are on for as long as twice the time of the other LEDs. The total fluorescence collection time is 1 ms, which equals one emission cycle of the whole LED array.

Metrics