Evanescente campo fotoacustica based: ottico valutazione delle proprietà a Surfaces

L'obiettivo generale di questo insieme di tecniche fotoacustiche è quello di caratterizzare le proprietà ottiche di liquidi, solidi e film sottili trasparenti in un unico dispositivo consolidato. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della caratterizzazione dei materiali, come lo spessore stimato e l'indice di rifrazione. Il vantaggio principale di questa tecnica è che l'indice di rifrazione di massa, l'indice di rifrazione di forma sottile, lo spessore e l'assorbimento ottico possono essere misurati in un unico dispositivo.

Alcune attrezzature devono essere preparate per iniziare l'esperimento. Innanzitutto, l'esperimento richiede due trasduttori ultrasonici come questi modelli da 10 megahertz utilizzati per questo protocollo. Ciascuno ha un cilindro in gomma di lattice rossa di nove millimetri di diametro e uno di spessore millimetrico, epossidico sulla faccia anteriore.

Il trasduttore di riferimento è anche epossidico in un blocco acrilico, che funge da distanziatore acustico. Un'altra attrezzatura da preparare è l'evanescente fotoacustica basata sul campo, o supporto per prisma EFPA. Il supporto del prisma EFPA è costituito da un supporto per prisma e un supporto per trasduttore.

Un prisma è alloggiato nella montatura del prisma. Il supporto del trasduttore contiene uno dei trasduttori a ultrasuoni preparati in modo che il lattice sia esposto. Con il prisma e il trasduttore in posizione, unire le due parti del supporto del prisma, in modo che il lattice sia rivolto verso un prisma attraverso una fessura che possa ospitare un campione.

Fissare i pezzi l'uno all'altro con le viti. L'apparato rimanente per questo esperimento è già in posizione su un banco ottico. Il raggio è prodotto da un laser a cupola al neodimio e granato di alluminio e deuterio.

La sua uscita va in un espansore di fascio. Segue un'apertura regolabile manualmente. L'elemento successivo è un cubo divisore di fascio polarizzatore.

Il raggio entra quindi in un divisore di fascio non polarizzante. Un'uscita va a un trasduttore a ultrasuoni montato che fungerà da riferimento. L'altra uscita dal divisore di fascio va al portaprisma EFPA montato e al suo trasduttore.

Il raggio che esce dal supporto del prisma entra in un blocco del raggio. Il supporto del prisma EFPA è montato su uno stadio di traslazione theta XY per consentirne il corretto posizionamento. Il suo angolo può essere modificato da un motore passo-passo controllato da computer.

Per prepararsi all'esperimento, tornare al laser e all'espansore del raggio. Utilizzare le lenti per creare un'espansione del fascio di almeno un fattore tre. Il fascio deve essere sovradimensionato rispetto all'assorbitore in lattice dei trasduttori.

Dopo aver lavorato con l'espansore, utilizzare una livella digitale per allineare il raggio e il supporto del prisma. Il lato piatto della montatura del prisma deve essere a zero gradi rispetto al raggio. Collegare e accendere i trasduttori, gli oscilloscopi e i monitor controllati da computer.

Utilizzare cavi BNC da 50 ohm per collegare il trasduttore di riferimento al canale zero dell'oscilloscopio. Collegare al trasduttore nella montatura del prisma EFPA al canale uno. Per le fasi di allineamento, assicurarsi di indossare gli occhiali di sicurezza laser appropriati.

All'apertura regolabile, ridurre il raggio a un millimetro di diametro. Al computer, avvia il software che controllerà l'esecuzione degli esperimenti. Utilizzare il software per ruotare la montatura del prisma di 70 gradi.

Guarda nel prisma perpendicolare al raggio laser dal lato e osserva se il punto laser è visibile sul lattice. Regolare manualmente lo stadio di traslazione XY theta fino a quando lo spot laser non è posizionato correttamente sul trasduttore. L'obiettivo è che il punto sia al centro del lattice.

Ritorna all'apertura ed espandila fino alla sua massima apertura. Sul computer, rivedere le misurazioni dell'energia dai trasduttori. In questo caso, la linea rossa proviene dalla misurazione diretta dell'energia laser, il riferimento.

La linea blu proviene dal trasduttore nel supporto del prisma EFPA. Verificare che le due misurazioni abbiano approssimativamente la stessa magnitudine. Quando tutto è in ordine, interrompere la misurazione, che ripristinerà automaticamente il prisma a zero gradi prima di continuare.

Per analizzare il campione liquido verrà utilizzata la tecnica di spettroscopia fotoacustica a riflessione interna totale. Il campione è colorante rosso 81 diretto in acqua. Inoltre, la tecnica richiede un olio da immersione che corrisponda all'indice del prisma, nonché un vetrino da microscopio come substrato per coprire la superficie del prisma.

Estrarre il supporto del prisma EFPA dalla configurazione e aprirlo per posizionare il campione. Inizia con un prisma e posiziona 2,5 microlitri di olio da immersione al centro. Quindi, posizionare il substrato sopra lo strato di olio che viene steso.

Quindi, passare a lavorare con il lattice sul trasduttore a ultrasuoni EFPA. Lì, posizionare 25 microlitri del campione liquido senza produrre bolle. A questo punto, rimontare il supporto EFPA posizionando la combinazione di substrato di olio prismatico sopra il lattice coperto dal campione.

Comprimere il supporto del prisma e serrare il gruppo con le viti di montaggio. Quando il supporto EFPA è pronto, rimettilo nella configurazione degli esperimenti. Reintrodurre il supporto EFPA nella sua posizione tra gli elementi ottici.

Assicurarsi che tutti i componenti siano pronti prima di inizializzare la raccolta dei dati. Utilizza il software di laboratorio per misurare e visualizzare il segnale acustico generato dal campione. I dati mostrano la tensione da picco a picco in funzione del tempo.

Per prepararsi alla rifrattometria POSS TUR POSS, lavorare nuovamente con il supporto del prisma EFPA della configurazione. Separare il supporto per esporre il prisma e il lattice dal trasduttore. Tenere a portata di mano il campione, l'olio da immersione che corrisponda all'indice del prisma e un substrato per coprire la superficie del prisma.

Posizionare 2,5 microlitri di olio da immersione al centro del prisma. Racchiudere l'olio posizionando un substrato sopra lo strato di olio. Spostati verso il trasduttore nel suo supporto e metti 25 microlitri di colorante per campioni sul suo tampone di lattice.

Fatto ciò, posizionare la montatura del prisma con il suo olio e substrato sul lattice o sul trasduttore. Comprimere insieme i due supporti e fissarli con le viti di montaggio. Con il supporto del prisma EFPA in posizione nella configurazione, passare al software controllato dal computer.

Inserire l'intervallo di angoli di incidenza su cui misurare lo spettro e la dimensione del passo. Esegui il programma per misurare lo spettro e tracciarlo come tensione da picco a picco in funzione dell'angolo. A partire dallo spettro misurato, utilizzare il software per trovare e rappresentare graficamente la derivata numerica rispetto all'angolo.

Utilizza i dati uniformi della derivata numerica per identificare manualmente i minimi locali e i corrispondenti angoli di incidenti. I minimi indicano una transizione dai regimi POSS a TUR POSS. Lavora con il supporto del prisma EFPA per prepararlo alla spettroscopia fotoacustica a effetto tunneling ottico.

Separare i supporti del prisma e del trasduttore e far corrispondere l'indice dell'olio di immersione al prisma a portata di mano. Il campione è un sottile film di fluoruro di magnesio depositato su un vetrino. Al centro del prisma, posizionare 2,5 microlitri di olio da immersione.

Dopo che l'olio è in posizione, orientare il campione in modo che la pellicola sottile sia lontana dal prisma e posizionare il campione sull'olio. Al supporto del trasduttore, posizionare 25 microlitri di olio da immersione sul tampone in lattice, in modo che ricopra l'intera superficie senza formare bolle. Mettere il lattice a contatto con il campione e serrare le viti di montaggio per comprimere il gruppo.

Riposizionare il supporto EFPA nella configurazione ottica e prepararsi a eseguire l'esperimento. Al computer, inserire i parametri per l'acquisizione di uno spettro angolare e iniziare la misurazione. Questi dati, provenienti dalla spettroscopia fotoacustica a riflessione interna totale, sono rappresentativi dell'onda acustica generata da un campione assorbente.

In questo caso, colorante rosso 81 in acqua. La natura bipolare dell'onda si verifica a causa della riflessione acustica all'interfaccia tra il campione e il substrato di vetro, dove questa è una grande differenza di impedenza acustica. La tecnica POSS TUR POSS genera uno spettro angolare.

Quando la derivata numerica è presa in liscio, il minimo locale corrisponde all'angolo critico misurato. Conoscendo questo angolo, è possibile calcolare l'indice di rifrazione alla lunghezza d'onda del laser dell'esperimento. Questo è lo spettro angolare del segnale normalizzato dell'energia laser per un film di magnesio su un substrato di vetro ottico NBK-7.

La percentuale di tunneling ottico in funzione dell'angolo di incidenza può essere trovata da questi valori. Queste informazioni rendono possibile la stima dell'indice di rifrazione e dello spessore. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di prevenire la formazione di bolle nell'olio o nel campione.

Dopo aver visto questo video, ora dovresti avere una buona comprensione di come utilizzare i metodi EFPA per stimare le proprietà ottiche dei materiali.