Evanescente Campo photoacoustics Baseado: Avaliação da Propriedade óptica a Surfaces

O objetivo geral deste conjunto de técnicas fotoacústicas é caracterizar as propriedades ópticas de líquidos, sólidos e filmes finos transparentes em um único dispositivo integrado. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na área de caracterização de materiais, como espessura estimada e índice de refração. A principal vantagem desta técnica é que o índice de refração do volume, o índice de refração do filme fino, a espessura e a absorção óptica podem ser medidos em um único dispositivo.

Alguns equipamentos devem ser preparados para iniciar o experimento. Primeiro, o experimento requer dois transdutores ultrassônicos, como esses modelos de 10 megahertz utilizados neste protocolo. Cada um possui um cilindro dianteiro de borracha de látex vermelha com nove milímetros de diâmetro e um milímetro de espessura, fixado com epóxi.

O transdutor de referência também é fixado com epóxi a um bloco de acrílico, que atua como espaçador acústico. Outro equipamento que deve ser preparado é o suporte do prisma para fotoacústica baseada em campo evanescente, ou EFPA. O suporte do prisma EFPA é composto por um suporte para prisma e um suporte para transdutor.

Um prisma é acomodado no suporte do prisma. O suporte do transdutor segura um dos transdutores ultrassônicos preparados de modo que o látex fique exposto. Com o prisma e o transdutor no lugar, una as duas partes do suporte do prisma, de forma que o látex fique voltado para o prisma através de um espaço que acomodará uma amostra.

Fixe as peças umas às outras com parafusos. O restante do aparato para este experimento já está posicionado sobre uma bancada óptica. O feixe é produzido por um laser de neodímio em cubo de alumínio e granada com comutação por impulso.

Sua saída vai para um expansor de feixe. Em seguida, há uma abertura ajustável manualmente. O próximo elemento é um cubo divisor de feixe polarizador.

O feixe então entra em um divisor de feixe não polarizador. Uma saída vai para um transdutor ultrassônico montado, que servirá como referência. A outra saída do divisor de feixe vai para o suporte montado do prisma EFPA e seu transdutor.

O feixe que sai do suporte do prisma entra em um bloqueador de feixe. O suporte do prisma EFPA é montado em uma plataforma de translação XY theta para permitir seu posicionamento adequado. Seu ângulo pode ser alterado por um motor de passo controlado por computador.

Para se preparar para o experimento, retorne ao laser e ao expansor de feixe. Utilize lentes para criar uma expansão do feixe de pelo menos um fator três. O feixe deve ser maior do que o absorvedor de látex nos transdutores.

Após trabalhar com o expansor, utilize um nível digital para alinhar o feixe e o suporte do prisma. O lado plano do suporte do prisma deve estar a zero grau em relação ao feixe. Conecte e ligue os transdutores, osciloscópios e monitores controlados por computador.

Use cabos BNC de 50 ohms para conectar o transdutor de referência ao canal zero do osciloscópio. Conecte o transdutor no suporte do prisma EFPA ao canal um. Para as etapas de alinhamento, certifique-se de usar óculos de proteção apropriados contra laser.

No diafragma ajustável, reduza o feixe para um diâmetro de um milímetro. No computador, inicie o software que controlará a execução dos experimentos. Use o software para girar o suporte do prisma até 70 graus.

Olhe para dentro do prisma perpendicularmente ao feixe do laser, a partir do lado, e observe se o ponto do laser é visível no látex. Ajuste manualmente o estágio de translação XY theta até que o ponto do laser esteja corretamente posicionado sobre o transdutor. O objetivo é que o ponto esteja no centro do látex.

Retorne à abertura e expanda-a até sua abertura máxima. No computador, revise as medições de energia provenientes dos transdutores. Neste caso, a linha vermelha é proveniente da medição direta da energia do laser, a referência.

A linha azul é proveniente do transdutor no suporte do prisma EFPA. Verifique se as duas medições têm aproximadamente a mesma magnitude. Quando tudo estiver em ordem, pare a medição, o que automaticamente redefinirá o prisma para zero graus antes de continuar.

A técnica de espectroscopia fotoacústica por reflexão interna total será utilizada para analisar a amostra líquida. A amostra é o corante vermelho direto 81 em água. Além disso, a técnica requer óleo de imersão com índice de refração casado com o prisma, bem como uma lâmina de microscópio como substrato para cobrir a superfície do prisma.

Tenha o suporte de prisma EFPA fora da montagem e aberto para posicionar a amostra. Comece com um prisma e coloque 2,5 microlitros do óleo de imersão em seu centro. Em seguida, posicione o substrato sobre a camada de óleo espalhada.

Em seguida, passe a trabalhar com o látex no transdutor ultrassônico EFPA. Coloque 25 microlitros da amostra líquida sem produzir bolhas. Agora, remonte o suporte EFPA colocando a combinação substrato com óleo de prisma sobre o látex coberto pela amostra.

Comprima o suporte do prisma e aperte a montagem com parafusos de fixação. Quando o suporte EFPA estiver pronto, devolva-o à configuração dos experimentos. Reintroduza o suporte EFPA à sua posição entre os elementos ópticos.

Certifique-se de que todos os componentes estão prontos antes de iniciar a coleta de dados. Utilize um software de laboratório para medir e exibir o sinal acústico gerado pela amostra. Os dados mostram a tensão de pico a pico como função do tempo.

Para se preparar para a refratometria POSS TUR POSS, trabalhe novamente com o suporte de prisma EFPA do conjunto experimental. Separe o suporte para expor o prisma e a borracha do transdutor. Tenha prontos a amostra, o óleo de imersão com índice de refração ajustado ao do prisma e um substrato para cobrir a superfície do prisma.

Coloque 2,5 microlitros de óleo de imersão no centro do prisma. Envolva o óleo colocando um substrato sobre a camada de óleo. Prossiga para o transdutor em seu suporte e adicione 25 microlitros de corante da amostra sobre seu disco de látex.

Uma vez feito isso, coloque o suporte do prisma com seu óleo e substrato sobre o látex ou o transdutor. Comprima os dois suportes juntos e fixe-os com parafusos de montagem. Com o suporte do prisma EFPA no lugar na configuração, vá para o software controlado por computador.

Insira a faixa de ângulos de incidência ao longo da qual o espectro deve ser medido e o tamanho do passo. Execute o programa para medir o espectro e representá-lo como a tensão de pico a pico em função do ângulo. A partir do espectro medido, utilize um software para encontrar e traçar a derivada numérica em relação ao ângulo.

Utilize dados suavizados da derivada numérica para identificar manualmente os mínimos locais e seus respectivos ângulos de incidência. Os mínimos indicam uma transição dos regimes POSS para TUR POSS. Trabalhe com o suporte de prisma EFPA para prepará-lo para espectroscopia fotoacústica por tunelamento óptico.

Tenha os suportes do prisma e do transdutor separados e com óleo de imersão casado em índice com o prisma à mão. A amostra é um filme fino de fluoreto de magnésio depositado sobre uma lâmina de vidro. No centro do prisma, coloque 2,5 microlitros de óleo de imersão.

Após colocar o óleo no lugar, oriente a amostra de modo que a película fina fique voltada para longe do prisma e coloque a amostra sobre o óleo. No suporte do transdutor, coloque 25 microlitros de óleo de imersão sobre a almofada de látex, de forma que cubra toda a superfície sem formar bolhas. Coloque o látex em contato com a amostra e aperte os parafusos de fixação para comprimir o conjunto.

Retorne o suporte de EFPA ao conjunto óptico e prepare-se para executar o experimento. No computador, insira os parâmetros para aquisição de um espectro angular e inicie a medição. Esses dados da espectroscopia fotoacústica por reflexão total interna são representativos da onda acústica gerada a partir de uma amostra absorvedora.

Neste caso, corante vermelho 81 em água. A natureza bipolar da onda ocorre devido à reflexão acústica na interface entre a amostra e o substrato de vidro, onde existe uma grande diferença na impedância acústica. A técnica POSS TUR POSS gera um espectro angular.

Quando a derivada numérica é calculada de forma suavizada, o mínimo local corresponde ao ângulo crítico medido. Conhecendo esse ângulo, é possível calcular o índice de refração do meio no comprimento de onda do laser utilizado no experimento. Este é o espectro angular do sinal normalizado da energia do laser para um filme de magnésio sobre um substrato de vidro óptico NBK-7.

O percentual de tunelamento óptico em função do ângulo de incidência pode ser determinado a partir desses valores. Essas informações permitem a estimativa do índice de refração e da espessura. Ao realizar este procedimento, é importante lembrar-se de evitar a formação de bolhas no óleo ou na amostra.

Depois de assistir a este vídeo, você agora deverá ter uma boa compreensão de como utilizar métodos EFPA para estimar as propriedades ópticas de materiais.