Evanescent Alan Bazlı photoacoustics: Optik Mülkiyet Değerlendirme Yüzeylerde

Bu fotoakustik teknikler setinin genel amacı; sıvıların, katıların ve şeffaf ince filmlerin optik özelliklerini tek bir konsolide cihazda karakterize etmektir. Bu yöntem, tahmini kalınlık ve kırılma indisi gibi malzeme karakterizasyonu alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı; kütle kırılma indisinin, ince form kırılma indisinin, kalınlığın ve optik absorbsiyonun tek bir cihazda ölçülebilmesidir.

Deneye başlamak için bazı ekipmanların hazırlanması gerekir. İlk olarak, deneyde bu protokol için kullanılan 10 megahertz modeller gibi iki adet ultrasonik transduser gereklidir. Her birinin ön yüzüne epoksi ile yapıştırılmış, dokuz milimetre çapında, bir milimetre kalınlığında, kırmızı lateks kauçuk bir silindir bulunmaktadır.

Referans transduseri de, akustik ara boşluk görevi gören bir akrilik bloğa epoksi ile sabitlenir. Hazırlanması gereken diğer bir ekipman ise evanescent alan tabanlıle fotoakustik veya EFPA prizma tutucudur. EFPA prizma tutucusu, bir prizma yuvası ve bir transduser yuvasından oluşur.

Bir prizma, prizma yuvasına yerleştirilir. Transduser yuvası, hazırlanan ultrasonik transduserlerden birini, lateks kısmı açıkta kalacak şekilde tutar. Prizma ve transduser yerleştirildikten sonra, lateks kısmın, numuneye yer ayrılacak bir boşluk üzerinden prizmaya dönük olması için prizma tutucusunun iki parçası birleştirilir.

Parçaları vidalarla birbirine sabitleyin. Bu deney için gerekli kalan düzenek zaten bir optik masası üzerinde kuruludur. Işın, bir anahtar geçişli neodimyum dome döteryum alüminyum granat lazer tarafından üretilir.

Çıkışı bir ışın genişleticiye girer. Bunu manuel olarak ayarlanabilir bir diyafram izler. Bir sonraki eleman ise polarize ışın bölücü küptür.

Işın daha sonra polarize etmeyen bir ışın ayırıcıya girer. Çıkışlardan biri, referans olarak hizmet edecek olan sabitlenmiş bir ultrasonik transdüsere gider. Işın ayırıcıdan gelen diğer çıkış ise sabitlenmiş EFPA prizma tutucusuna ve onun transdüserine gider.

Prizma tutucudan çıkan ışın, bir ışın bloğuna girer. EFPA prizma tutucusu, uygun şekilde konumlandırılabilmesi için bir XY theta öteleme tablasına monte edilmiştir. Açısı, bilgisayar kontrollü bir step motor ile değiştirilebilir.

Deney hazırlığı için lazere ve ışın genişleticiye geri dönün. En az üç kat faktöründe bir ışın genişlemesi oluşturmak için lensleri kullanın. Işın, transdüserler üzerindeki lateks soğurucudan daha büyük olmalıdır.

Genişletici ile çalıştıktan sonra, ışını ve prizma tutucuyu hizalamak için dijital bir terazi kullanın. Prizma tutucunun düz tarafı, ışına göre sıfır derecede olmalıdır. Transdüserleri, osiloskopları ve bilgisayar kontrollü monitörleri bağlayıp çalıştırın.

Referans dönüştürücüyü osiloskobun sıfırıncı kanalına bağlamak için 50 ohm BNC kabloları kullanın. EFPA prizma yuvasındaki dönüştürücüyü birinci kanala bağlayın. Hizalama adımları için uygun lazer güvenlik gözlüklerinin takılı olduğundan emin olun.

Ayarlanabilir diyaframda, ışın çapını bir milimetreye düşürün. Bilgisayarda, deneylerin yürütülmesini kontrol edecek yazılımı başlatın. Prizma tutucuyu 70 dereceye döndürmek için yazılımı kullanın.

Prizmaya lazer ışınına dik olarak yandan bakın ve lazer noktasının lateks üzerinde görünür olup olmadığını gözlemleyin. Lazer noktası dönüştürücü üzerinde doğru konumlanana kadar XY theta öteleme tablasını manuel olarak ayarlayın. Amaç, noktanın lateksin merkezinde olmasıdır.

Diyafram kısmına dönün ve onu maksimum açılığa getirin. Bilgisayar üzerinden, transdüsörlerden gelen enerji ölçümlerini inceleyin. Bu durumda kırmızı çizgi, referans olan doğrudan lazer enerjisi ölçümünü temsil etmektedir.

Mavi çizgi, EFPA prizma tutucudaki dönüştürücüden gelmektedir. İki ölçümün yaklaşık olarak aynı büyüklükte olduğunu kontrol edin. Her şey yolunda olduğunda, ölçümü durdurun; bu işlem, devam etmeden önce prizmayı otomatik olarak sıfır dereceye sıfırlayacaktır.

Sıvı örneği analiz etmek için toplam iç yansımalı fotoakustik spektroskopi tekniği kullanılacaktır. Örnek, su içinde direct red dye 81'dir. Ayrıca bu teknik, prizmayla indeks eşleşmesi sağlanmış bir imersiyon yağının yanı sıra, prizma yüzeyini örtmek için altlık olarak bir mikroskop lamı gerektirmektedir.

Numuneyi yerleştirmek için EFPA prizma tutucuyu düzenekten çıkarın ve açın. Bir prizma ile başlayın ve merkezine 2,5 µL immersiyon yağı damlatın. Ardından, substratı yayılmış olan yağ tabakasının üzerine yerleştirin.

Ardından, EFPA ultrasonik transdüser üzerindeki lateks ile çalışmaya geçin. Buraya, herhangi bir kabarcık oluşturmadan 25 µL sıvı numune yerleştirin. Şimdi, prizma yağ alt tabaka kombinasyonunu numuneyle kaplı lateksin üzerine yerleştirerek EFPA tutucuyu yeniden monte edin.

Prizma tutucuyu sıkıştırın ve düzeneği montaj vidalarıyla sabitleyin. EFPA tutucu hazır olduğunda, onu deney düzeneğine geri yerleştirin. EFPA tutucuyu optik elemanlar arasındaki konumuna yeniden yerleştirin.

Veri toplama işlemine başlamadan önce tüm bileşenlerin hazır olduğundan emin olun. Numune tarafından üretilen akustik sinyali ölçmek ve görüntülemek için laboratuvar yazılımı kullanın. Veriler, tepe değerden tepeye voltajı zamanın bir fonksiyonu olarak göstermektedir.

POSS TUR POSS refraktometrisi hazırlığı için, kurulumdaki EFPA prizma tutucu ile tekrar çalışın. Prizmayı ve transdüserden lateksi açığa çıkarmak için tutucuyu ayırın. Numuneyi, prizma ile indeks eşleşmeli daldırma yağını ve prizma yüzeyini kapatacak bir altlığı hazır bulundurun.

Prizmanın merkezine 2,5 µL imersiyon yağı damlatın. Yağ tabakasının üzerine bir substrat yerleştirerek yağı araya sıkıştırın. Montajındaki transdüserle ilgili bölüme geçin ve lateks pedin üzerine 25 µL örnek boyası ekleyin.

Bu işlem tamamlandıktan sonra, yağı ve substratı ile birlikte prizma tutucuyu lateksin veya dönüştürücünün üzerine yerleştirin. İki tutucuyu birbirine bastırın ve montaj vidalarıyla sabitleyin. EFPA prizma tutucu düzeneğe yerleştirildikten sonra, bilgisayar kontrollü yazılıma geçin.

Spektrumun ölçülmesi gereken geliş açıları aralığını ve adım boyutunu girin. Spektrumu ölçmek ve bunu açıya bağlı tepe değerden tepe değere voltaj olarak grafiğe dökmek için programı çalıştırın. Ölçülen spektrumu kullanarak, açıya göre sayısal türevi bulmak ve grafiğini çizmek için yazılım kullanın.

Yerel minimumları ve bunlara karşılık gelen gelme açılarını manuel olarak belirlemek için sayısal türevden elde edilen düzleştirilmiş verileri kullanın. Minimumlar, POSS'tan TUR POSS rejimine geçişi gösterir. Optik tünelleme fotoakustik spektroskopisine hazırlamak için EFPA prizma tutucu ile çalışın.

Prizma ve transduser bağlantı aparatlarını ayrı halde ve daldırma yağı prizma ile indeks-eşlenmiş şekilde hazır bulundurun. Numune, bir cam lam üzerine çöktürülmüş magnezyum florür ince filmidir. Prizmanın merkezine 2.5 µL daldırma yağı yerleştirin.

Yağ yerleştirildikten sonra, ince filmin prizmadan uzak olacak şekilde numuneyi yönlendirin ve numuneyi yağın üzerine yerleştirin. Transduser bağlantı noktasına, baloncuk oluşturmadan tüm yüzeyi kaplayacak şekilde lateks pedin üzerine 25 µL imersiyon yağı dökün. Lateksi numune ile temas ettirin ve düzeneği sıkıştırmak için montaj vidalarını sıkın.

EFPA tutucusunu optik düzeneğe geri yerleştirin ve deneyi çalıştırmaya hazırlanın. Bilgisayarda, açısal spektrum almak için parametreleri girin ve ölçümü başlatın. Toplam internal yansıma fotoakustik spektroskopisinden elde edilen bu veriler, soğuran bir örnekten üretilen akustik dalgayı temsil eder.

Bu durumda, su içerisinde red dye 81 kullanılmıştır. Dalganın bipolar doğası, akustik empedans farkının büyük olduğu numune ile cam altlık arasındaki arayüzde meydana gelen akustik yansımadan kaynaklanır. POSS TUR POSS tekniği bir açısal spektrum oluşturur.

Süreklilik içinde sayısal türev alındığında, yerel minimum ölçülen kritik açıya karşılık gelir. Bu açı bilindiğinde, deneydeki lazer dalga boyunda hacimsel kırılma indisini hesaplamak mümkündür. Bu, NBK-7 optik cam altlık üzerindeki bir magnezyum filmi için normalize edilmiş lazer enerjisinin açısal spektrum sinyalidir.

Optik tünelleme yüzdesi, geliş açısının bir fonksiyonu olarak bu değerlerden bulunabilir. Bu bilgiler, kırılma indisinin ve kalınlığın tahmin edilmesini mümkün kılar. Bu prosedür uygulanırken, yağda veya örnekte kabarcık oluşumunu önlemenin önemli olduğunu unutmamak gerekir.

Bu videoyu izledikten sonra, malzemelerin optik özelliklerini tahmin etmek için EFPA yöntemlerinin nasıl kullanılacağına dair iyi bir anlayışa sahip olmalısınız.