사라져가는 필드를 기반 Photoacoustics : 광학 특성 평가 표면에

이 광음향 기술 세트의 전반적인 목표는 하나의 통합 장치에서 액체, 고체 및 투명 박막의 광학적 특성을 특성화하는 것입니다. 이 방법은 재료 특성화 분야의 주요 질문(예: 예상 두께 및 굴절률)에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 벌크 굴절률, 얇은 형태의 굴절률, 두께 및 광학 흡수를 단일 장치에서 측정할 수 있다는 것입니다.

실험을 시작하려면 일부 장비를 준비해야 합니다. 첫째, 이 실험에는 이 프로토콜에 사용되는 10메가헤르츠 모델과 같은 두 개의 초음파 변환기가 필요합니다. 각각은 지름이 9mm, 두께가 1mm인 빨간색 라텍스 고무 실린더를 가지고 있으며 앞면에 에폭시가 코팅되어 있습니다.

참조 변환기는 또한 음향 스페이서 역할을 하는 아크릴 블록에 에폭시화되어 있습니다. 준비해야 할 또 다른 장비는 소멸 자기장 기반 광음향 또는 EFPA 프리즘 홀더입니다. EFPA 프리즘 홀더는 프리즘 마운트와 트랜스듀서 마운트로 구성되어 있습니다.

프리즘은 프리즘 마운트에 장착됩니다. 트랜스듀서 마운트는 라텍스가 노출되도록 준비된 초음파 트랜스듀서 중 하나를 고정합니다. 프리즘과 트랜스듀서를 제자리에 놓고 프리즘 홀더의 두 부분을 함께 넣어 라텍스가 샘플을 수용할 수 있는 틈을 가로질러 프리즘을 향하도록 합니다.

나사로 조각을 서로 고정합니다. 이 실험을 위한 나머지 장치는 이미 광학 벤치에 설치되어 있습니다. 빔은 큐 스위치, 네오디뮴 돔, 중수소, 알루미늄 가넷 레이저에 의해 생성됩니다.

출력은 빔 익스팬더로 들어갑니다. 그 다음에는 수동으로 조정 가능한 조리개가 있습니다. 다음 요소는 편광 빔 스플리터 큐브입니다.

그런 다음 빔은 비편광 빔 스플리터로 들어갑니다. 하나의 출력은 참조로 사용될 장착된 초음파 변환기로 이동합니다. 빔 스플리터의 다른 출력은 장착된 EFPA 프리즘 홀더와 트랜스듀서로 이동합니다.

프리즘 홀더에서 나오는 빔은 빔 블록으로 들어갑니다. EFPA 프리즘 홀더는 XY 세타 변환 스테이지에 장착되어 적절하게 배치할 수 있습니다. 각도는 컴퓨터로 제어되는 스테퍼 모터로 변경할 수 있습니다.

실험을 준비하기 위해 레이저 및 빔 익스팬더로 돌아갑니다. 렌즈를 사용하여 최소 3배의 빔 확장을 만듭니다. 빔은 트랜스듀서의 라텍스 흡수기에 비해 크기가 커야 합니다.

익스팬더로 작업한 후 디지털 레벨을 사용하여 빔과 프리즘 홀더를 정렬합니다. 프리즘 마운트의 평평한 면은 빔에 대해 0도가 되어야 합니다. 변환기, 오실로스코프 및 컴퓨터 제어 모니터를 연결하고 전원을 켭니다.

50옴 BNC 케이블을 사용하여 레퍼런스 트랜스듀서를 오실로스코프의 채널 0에 연결합니다. EFPA 프리즘 마운트의 트랜스듀서를 채널 1에 연결합니다. 정렬 단계의 경우 적절한 레이저 안전 고글을 착용해야 합니다.

조정 가능한 조리개에서 빔을 1mm 직경으로 줄입니다. 컴퓨터에서 실험 실행을 제어할 소프트웨어를 시작합니다. 소프트웨어를 사용하여 프리즘 마운트를 70도 회전합니다.

측면에서 레이저 빔에 수직인 프리즘을 들여다보고 라텍스에서 레이저 스폿이 보이는지 관찰합니다. 레이저 스폿이 트랜스듀서에 올바르게 위치할 때까지 XY 세타 변환 스테이지를 수동으로 조정합니다. 목표는 그 자리가 라텍스의 중심에 있는 것입니다.

조리개로 돌아가서 최대 개방까지 확장합니다. 컴퓨터에서 트랜스듀서의 에너지 측정값을 검토합니다. 이 경우 빨간색 선은 참조인 직접 레이저 에너지 측정에서 가져온 것입니다.

파란색 선은 EFPA 프리즘 홀더의 변환기에서 가져온 것입니다. 두 측정값의 크기가 거의 같은지 확인합니다. 모든 것이 정상이면 측정을 중지하면 계속하기 전에 프리즘이 자동으로 0도로 재설정됩니다.

전체 내부 반사 광음향 분광법 기술은 액체 샘플을 분석하는 데 사용됩니다. 샘플은 물에 직접 적색 염료 81입니다. 또한 이 기술을 사용하려면 프리즘과 인덱스 일치되는 이멀젼 오일과 프리즘 표면을 덮는 기판으로 현미경 슬라이드가 필요합니다.

샘플을 제자리에 놓기 위해 EFPA 프리즘 홀더를 설정에서 꺼내 엽니다. 프리즘으로 시작하여 2.5마이크로리터의 이멀젼 오일을 중앙에 놓습니다. 그런 다음 퍼진 기름 층 위에 기판을 놓습니다.

다음으로, EFPA 초음파 트랜스듀서에서 라텍스로 작업합니다. 거기에 거품이 생성되지 않도록 25마이크로리터의 액체 샘플을 놓습니다. 이제 샘플로 덮인 라텍스 위에 프리즘 오일 기질 조합을 올려 EFPA 홀더를 다시 조립합니다.

프리즘 홀더를 압축하고 장착 나사로 어셈블리를 조입니다. EFPA 홀더가 준비되면 실험 설정으로 되돌립니다. EFPA 홀더를 광학 요소 사이의 위치로 다시 도입합니다.

데이터 수집을 초기화하기 전에 모든 구성 요소가 준비되었는지 확인합니다. 실험실 소프트웨어를 사용하여 샘플에서 생성된 음향 신호를 측정하고 표시합니다. 데이터는 피크 대 피크 전압을 시간에 따른 함수로 보여줍니다.

POSS TUR POSS 굴절률계를 준비하려면 설정에서 EFPA 프리즘 홀더로 다시 작업하십시오. 홀더를 분리하여 프리즘과 라텍스가 변환기에서 노출되도록 합니다. 샘플, 프리즘에 인덱스 일치하는 이멀젼 오일, 프리즘 표면을 덮을 기판을 준비하십시오.

프리즘 중앙에 2.5마이크로리터의 이멀젼 오일을 놓습니다. 기름 층 위에 기질을 놓아 기름을 끼웁니다. 마운트에 있는 변환기로 이동하고 라텍스 패드에 25마이크로리터의 샘플 염료를 넣습니다.

이 작업이 완료되면 오일과 기판이 있는 프리즘 마운트를 라텍스 또는 트랜스듀서에 놓습니다. 두 개의 마운트를 함께 압축하고 장착 나사로 고정합니다. EFPA 프리즘 홀더를 설치 프로그램에 장착한 상태에서 컴퓨터 제어 소프트웨어로 전환합니다.

스펙트럼을 측정해야 하는 입사 각도의 범위와 단계 크기를 입력합니다. 프로그램을 실행하여 스펙트럼을 측정하고 이를 각도의 함수로 피크 대 피크 전압으로 플로팅합니다. 측정된 스펙트럼부터 시작하여 소프트웨어를 사용하여 각도에 대한 수치 도함수를 찾고 그래프로 표시합니다.

수치 도함수의 부드러운 데이터를 사용하여 로컬 최소값과 해당 사건 각도를 수동으로 식별할 수 있습니다. 최소값은 POSS에서 TUR POSS 체제로의 전환을 나타냅니다. EFPA 프리즘 홀더를 사용하여 광학 터널링 광음향 분광법을 준비할 수 있습니다.

프리즘과 트랜스듀서 마운트를 분리하고 침지 오일을 프리즘에 맞게 지수를 맞춥니다. 샘플은 유리 슬라이드에 증착된 불화마그네슘의 박막입니다. 프리즘 중앙에 2.5마이크로리터의 이멀젼 오일을 놓습니다.

오일이 제자리에 놓인 후 샘플의 방향을 지정하여 박막이 프리즘에서 멀어지도록 하고 샘플을 오일에 놓습니다. 트랜스듀서 마운트에서 라텍스 패드에 25마이크로리터의 이멀젼 오일을 올려 거품을 형성하지 않고 전체 표면을 코팅합니다. 라텍스를 샘플과 접촉시키고 장착 나사를 조여 어셈블리를 압축합니다.

EFPA 홀더를 광학 설정으로 되돌리고 실험 실행을 준비합니다. 컴퓨터에서 각도 스펙트럼을 취하기 위한 매개변수를 입력하고 측정을 시작합니다. 전체 내부 반사 광음향 분광법의 이 데이터는 흡수 샘플에서 생성된 음파를 나타냅니다.

이 경우 물에 빨간색 염료 81을 넣으십시오. 파동의 양극성 특성은 샘플과 유리 기판 사이의 계면에서 음향 반사로 인해 발생하며, 이는 음향 임피던스의 큰 차이입니다. POSS TUR POSS 기법은 각도 스펙트럼을 생성합니다.

수치 도함수가 매끄럽게 취해질 때, 국소 최소값은 측정된 임계각에 해당합니다. 이 각도를 알면 실험의 레이저 파장에서 벌크 굴절률을 계산할 수 있습니다. 이것은 NBK-7 광학 유리 기판의 마그네슘 필름에 대한 레이저 에너지 정규화 신호의 각도 스펙트럼입니다.

입사 각도의 함수로 나타나는 광학 터널링의 백분율은 이 값에서 찾을 수 있습니다. 이 정보를 통해 굴절률과 두께를 추정할 수 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안 오일이나 샘플에 기포가 형성되는 것을 방지하는 것을 기억하는 것이 중요합니다.

이 비디오를 시청했다면 이제 EFPA 방법을 사용하여 재료의 광학적 특성을 추정하는 방법을 잘 이해했을 것입니다.