150497 (732745), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Порогова чутливість методу на практиці обмежується в основному флуктуаціями потужності лазерного випромінювання. При рівні флуктуації не вище 0,5 – 1% поріг по поглинанню складає величину порядку 10-6 – 10-7 см-1. Це відповідає порогу виявлення варіацій показника заломлення приблизно на рівні 10-8 і варіацій температури 10-6 – 10-7 оС. Теоретичний поріг визначається шумами приймача випромінювання, який використовується, і для ФЕП складає близько 10-10 – 10-11 см-1. Точність вимірювань складає 10 – 15%.
Метод „термолінзи” широко застосовується в лазерній спектроскопії для дослідження слабих коливальних переходів, аналізу слідових кількостей речовин, кінетики хімічних процесів, також в нелінійній спектроскопії та інше.
2.2.Дефлекційний метод – міраж – ефект.
В методиці „термолінзи” принциповою є коаксіальна геометрія збуджуючого та пробного променів, при чому основний вклад в „розпливання” пробного променя вносить осьова зона, де приріст температури є максимальним. Однак можлива також і некоаксіальна геометрія такої схеми, коли, наприклад, осі обох пучків паралельні та зміщені один відносно іншого або ж пересікаються під деяким кутом один до другого, при чому пробний промінь проходить через зону з максимальним градієнтом температури. В цьому випадку нагрів середовища лазерним випромінюванням призводить до відхилення в просторі пробного променя (так званий міраж – ефект), що і використовується в дефлекційних методах вимірювання.
Ці методи застосовують для аналізу газів, рідин, твердих тіл і тонких плівок. Геометрії вимірювальних схем для цих випадків подані на рис .5.
Рис.5. Схема дефлекційних методів дослідження слабо поглинаючих зразків (а), оптичних покриттів (б) та поверхні непрозорих зразків (в).
При аналізі слабого об’ємного поглинання в різних середовищах, наприклад у повітрі, доцільно використовувати геометрію схеми, близьку до колінеарної (рис.5.а). Методика вимірювання полягає в опроміненні досліджуваного зразка імпульсним або модульованим збуджуючим випромінюванням з одночасною реєстрацією кута відхилення пробного променя постійної інтенсивності за допомогою позиційно чутливого приймача випромінювання. Для цих цілей можна використовувати одноелементні приймачі, діафрагмовані частково ножовими діафрагмами, або ж багатоелементні приймачі. Принциповим в цій схемі є зміщення осей обох променів один відносно іншого на характерну відстань, яка характеризує зону з найбільшим градієнтом температури. Приблизне розміщення двох променів зображено в нижній частині рис.5,а.
Описаний метод використовувався для вимірювання концентрації етилену в повітрі за допомогою СО2 лазера (збуджуючий промінь) та He – Ne - лазера з λ=0,6328мкм (пробний промінь). Реєстрація відхилення пробного променя здійснювалась за допомогою фотодіода з ножовою діафрагмою, розташованого на відстані 1м. від області взаємодії обох променів (з довжиною близько 10см.). Досягнута порогова чутливість склала 10-7 см-1 при потужності збуджуючого випромінювання 1Вт., частоті модуляції 16Гц. Та відношенні сигнал/шум, рівному 1.
Для дослідження тонких прозорих плівок на слабо поглинаючих підложках використовується схема, зображена на рис.5,б. Її особливістю є пересічення променів безпосередньо на поверхні досліджуваної плівки чи покриття. Так як і в схемі на рис.5,а, максимальна порогова чутливість досягається при проходженні пробного променя через зону на плівці з максимальним градієнтом температури. В такій схемі можливе вимірювання оптичної густини порядку αl ≈ 10-8 в плівках товщиною до 0,1 мкм. При потужності збуджуючого випромінювання 1Вт. Просторове розділення при цьому можна забезпечити на рівні 50 – 100 мкм. Так, наприклад, поміряно по описаній схемі поглинання випромінювання неперервного лазера на фарбнику в покриттях із In та SnS товщиною від 0,5 до 2 мкм. на під ложці із скла.
Методика вимірювань поглинання в сильно поглинаючих зразках за допомогою дефлекційного методу полягає у наступному: Збуджуюче випромінювання, зазвичай модульоване, нагріває поверхню досліджуваного зразка (рис.5,в). В результаті теплопередачі це викликає до періодичного нагрівання при поверхневого шару газу, дотичного до зразка. Виникнення градієнту температури газу біля поверхні визначається по відхиленню пробного променю, який поширюється паралельно поверхні зразка (міраж – ефект). Для проявлення цього ефекту відстань між поверхністю зразка та пробним променем не повинно перевищувати довжини теплової дифузії в газі lт (для повітря при f = 10Гц. lт≈1мм.). За допомогою такої схеми можливе вимірювання приросту температури на поверхні зразка на рівні 10-4оС, що відповідає куту відхилення пробного променя приблизно 10-9рад. Така схема може використовуватись при вирішенні задачі дослідження твердих мікро зразків, які знаходяться в рідині. Пробний промінь в цьому випадку пропускається через рідину над зразком. Завдяки великій величині 
і меншій lT в рідині в порівнянні з газом в такій схемі можливе вимірювання приросту температури в зразку на рівні 10-7 оС. Корисною модифікацією схеми є використання в якості пробного променя випромінювання всередині резонатора, куди поміщують твердий зразок.
Обмеження чутливості в дефлекційних методах обумовлене в основному флуктуаціями інтенсивності пробного променя та його кутовим переміщенням із-за вібрацій. Зменшення впливу цих факторів можливо у двоканальній схемі, коли пробний промінь розщеплюється на два, один з яких проходить біля зразка. Після чого ці два променя реєструються за допомогою двох позиційно – чутливих приймачів, сигнали яких далі віднімаються. Найбільш зручним для розщеплення пробного променя є використання світлоподільного куба. Дефлекційний метод дослідження непрозорих зразків успішно використовувався для вимірювання спектра у видимій області порошку Cs3Cr2Cl і монокристала Nd2(MoO4), а також в комбінації з Фур’є – спектрометром для вимірювань ІЧ – спектрів ряду зразків в твердій, рідкій та порошкоподібній фазі.
Цікаво зазначити, що причиною відхилення пробного променя, окрім першочергового нагріву середовища в перерізі збуджуючого лазерного променя, може бути вторинна зміна температури із-за адіабатичного стиску середовища при проходженні супутніх звукових хвиль. В газах відносний вплив вторинного фактора в порівнянні з „чисто” тепловим утворенням сигналу для типових умов проведення вимірювань складає 10-5 – 10-6. Однак вплив вторинного фактора посилюється по мірі віддалення точки спостереження від осі збуджуючого променя. Це дозволяє використовувати дефлекційні методи для реєстрації звукових хвиль, ініційованих лазерним імпульсом. Наприклад, така техніка використовувалась для визначення швидкості та температури газових потоків з точністю 5см/с та 0,1 оС відповідно. Методика визначення цих параметрів була основана на вимірюванні часової затримки в приході звукових коливань, ініційованих лазерним імпульсом, від точки збудження до зон реєстрації за допомогою пробних променів, пропущених через досліджуваний потік перпендикулярно його руху.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
