Medición y Análisis de hidrógeno atómico y molecular diatómico AlO, C 2, CN, y el TiO Spectra siguiente desglose óptica inducida por láser

El objetivo general del siguiente experimento es medir y analizar las firmas espectrales resueltas en el tiempo de las emisiones de átomos y/o moléculas después de la generación de una chispa inducida por láser. Esto se logra enfocando la radiación láser pulsada a una longitud de onda de 1064 nanómetros en una región objetivo para su descomposición en el aire o la ablación de la muestra. Como segundo paso, ajuste el retardo de tiempo desde la generación de plasma óptico del detector para medir temporalmente espectros atómicos y/o moleculares resueltos.

A continuación, la longitud de onda y la intensidad calibran los datos registrados para preparar los resultados experimentales. Para la comparación con la teoría se obtienen resultados que muestran que la técnica puede ser utilizada para determinar la temperatura a partir de espectros de recombinación diatómica, y estudiar la evolución en el tiempo de las especies atómicas y moleculares en el plasma. La principal ventaja de esta técnica sobre los métodos existentes, como la descarga eléctrica, es que la ruptura óptica inducida por láser es relativamente fácil de realizar.

Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la combustión, como la ignición por láser de líquidos, sólidos y gases combustibles. Los espectros atómicos y moleculares también son útiles para comprender los procesos de combustión. Aunque este método puede proporcionar información sobre los fenómenos inducidos por el láser, también se puede aplicar a otros sistemas, como la deposición de vapor por pulsos.

Además, el análisis espectral detallado puede ayudar a comprender el plasma astrofísico. En términos generales, las personas nuevas en este método tendrán dificultades debido a los requisitos para lograr una alta precisión en la longitud de onda, la calibración y la calibración de la intensidad para lograr una sincronización buena y precisa y para obtener una buena relación señal-ruido en los datos experimentales. Las demostraciones visuales de este método son críticas.

Como los primeros pasos de medición de tiempo, son difíciles de aprender debido a varios fenómenos de dinámica de plasma que compiten entre sí. Los componentes de este experimento se distribuyen en dos bancos ópticos. El láser está en un banco, el espectrómetro está en el otro.

En este esquema se muestra un esquema de esta configuración para realizar los experimentos, comenzando con un láser YAG de neodimio y dirigiendo su salida a un divisor de haz que permite el paso de luz de 1064 nanómetros. Utilice un fotodetector de velocidad de colmena con PIN para registrar una parte de la radiación láser reflejada por el divisor de haz. Conecte este fotodetector a un osciloscopio con un cable coaxial para monitorear el pulso óptico.

Después del divisor de haz, una línea de espejos reflectantes infrarrojos para posicionar el haz paralelo a la rendija del espectrómetro. Este espejo dirige el haz paralelo a la rendija y hacia un elemento de enfoque. Utilice una lente en una etapa de traslación para enfocar el haz y generar plasma de ruptura óptica paralelo a la rendija del espectrómetro.

A continuación, alinee dos lentes de cuarzo para obtener imágenes del plasma en la rendija para mediciones superiores a 380 nanómetros. Coloque un filtro de corte entre las dos lentes. Una vez que se crea un plasma, su espectro es dispersado por el espectrómetro.

El espectro se registra mediante una matriz de diodos lineales intensificados que está conectada a un analizador óptico multicanal. Prepárese para la adquisición de datos conectando un generador de funciones, que produce una onda triangular a 50 hercios a una caja receptora de división por cinco circuitos. Utilice la señal de 10 hercios de una salida del circuito dividido por cinco como entrada para un generador de retardo digital.

Utilice una salida del generador de retardo digital para sincronizar las lámparas de flash de neodimio YAG para que funcionen a 10 hercios. Utilice otra salida del retardo digital a través de la caja del fregadero para controlar los disparadores del intensificador de matriz de diodos y el analizador óptico multicanal que funciona a 50 hercios. A continuación, transmita la salida de disparo ajustable del láser a un osciloscopio y un generador de pulsos.

A continuación, conecte las salidas del generador de impulsos a la matriz de diodos lineales intensificados y al osciloscopio. Por último, conecte el DDE lineal intensificado al analizador óptico multicanal. Tome las precauciones de seguridad necesarias para trabajar con láseres.

Comience las mediciones configurando el generador de funciones para que emita un pulso triangular de 50 hercios. Prepare el láser para el funcionamiento iniciando su sistema de enfriamiento y fuente de alimentación. A continuación, actívelo en el generador de impulsos digitales.

Establezca el ancho de la puerta para especificar cuánto tiempo está expuesta la matriz DIO a la radiación de plasma. Establezca también el tiempo de retardo, que determina cuánto tiempo después del desglose se debe esperar para la recopilación de datos. Comience la descomposición óptica en el aire, muestre el microplasma en la rendija del espectrómetro y registre los datos.

Una vez que se recopilan los datos de plasma, apague el láser para comenzar la calibración del sistema óptico, incluido el espectrómetro, la matriz DIO y el analizador óptico multicanal para corregir las no linealidades. En las mediciones de plasma, coloque lámparas de calibración estándar en el lugar donde se formó el plasma. Ajuste los datos recopilados con longitudes de onda conocidas para obtener la correspondencia de la longitud de onda de los píxeles en las regiones espectrales de interés para iniciar la calibración de la intensidad.

Enciende una lámpara de tungsteno y deja que se caliente. A continuación, utilice un porómetro óptico para medir su temperatura. A continuación, coloque la lámpara donde se creó el plasma y use el aparato para registrar su espectro.

Utilice la temperatura medida para calcular una curva de cuerpo negro y compararla con el espectro medido para cada región de especificación en la que se utilizó el espectrómetro. Determine la relación entre el ideal y las intensidades registradas en función de la longitud de onda. Aplique estos factores para corregir los espectros registrados en el análisis de datos posterior.

Aquí, el aparato se utilizó para registrar la línea alfa del bálsamo de hidrógeno en hidrógeno gaseoso de 107 kilopascales. Los espectros de 1000 eventos de ruptura óptica consecutivos se resuelven a lo largo de la altura de la rendija del espectrómetro con un retardo de tiempo de 42 nanosegundos. El corrimiento al rojo máximo es de 1,2 nanómetros.

La densidad máxima de electrones es de 0,32 por 10 a 25 electrones por metro cúbico. Aquí se muestra el espectro para la transición electrónica del óxido de titanio desde el primer estado PHI triplete excitado hasta el estado fundamental con diferencias de nivel vibracional iguales a cero. El espectro medido en negro se registró utilizando un retardo de tiempo de 95 microsegundos, y un ancho de puerta de dos microsegundos en rojo se ajusta a los datos de un algoritmo de ajuste de hidromiel de saúco que utiliza una resolución espectral de 0,09 nanómetros y una temperatura de 3.300 kelvin.

Como otro ejemplo. Este es el espectro vibracional rotacional del monóxido de aluminio. La transición es desde el segundo estado sigma doble excitado más al estado fundamental con diferencias de nivel vibratorio iguales a cero.

De nuevo, el espectro medido está en negro. En este caso, el retardo de tiempo fue de 45 microsegundos y el ancho de la puerta de cinco microsegundos. El espectro ajustado en rojo se calculó utilizando una resolución espectral de 0,09 nanómetros y una temperatura de 3.900 kelvin.

Al realizar este procedimiento, es importante registrar los parámetros clave de la radiación láser, como el ancho del pulso, la forma del pulso en el foco y el pulso de energía de la hélice. También es importante calibrar y recalibrar los datos registrados siguiendo este procedimiento. Otros métodos, como la fluorescencia inducida por láser, se pueden utilizar para responder a preguntas adicionales, como la distribución espacial de las especies en el plasma.

Después de su desarrollo temprano. Esta técnica se abrió camino para la espectroscopia inducida por láser para analizar muestras de forma remota, por ejemplo, para analizar rocas marcianas en Marte. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo registrar el tiempo resuelto.

No olvide que la radiación láser puede ser extremadamente peligrosa y que siempre se deben tomar precauciones, como el uso de gafas protectoras contra el láser, mientras el láser está encendido.