1_4_КР CCl4 с п.п лазером (829180), страница 3
Текст из файла (страница 3)
7. Схема, поясняющая причину подавления компоненты n 1при вертикальной поляризации излучения лазера.3. Описание установкиРабота выполняется с использованием монохроматором МДР-41. Внешний видэкспериментальной установки представлен на рис. 8, а принципиальная схема на рис.9. Вкачестве источника света используется непрерывный п/п (полупроводниковый) лазер (l =445.6 нм, Рвых = 200 мВт), излучение которого фокусируется линзой в кювету сисследуемым веществом. Внимание! Излучение такой мощности и длиныволны очень опасно для зрения. Категорически запрещается избегатьпопадания прямого и рассеянного излучения в глаза. В установкереализована наиболее часто используемая в спектроскопии комбинационного рассеяниярегистрация рассеянного света под 90° . Свет, рассеянный исследуемым веществом, вданном случае – четыреххлористым углеродом (CCl4) попадает на входную щельдифракционного монохроматора.
После монохроматора через выходную щель рассеянныйсвет попадает на фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Интенсивность рассеянного светазаписывается с помощью АЦП (аналого-цифрового преобразователя) и компьютера.Развертка спектра обеспечивается поворотом дифракционной решетки монохроматорапри помощи специального электродвигателя (шагового двигателя).
Шаговый двигатель(ШД) соединяется с валом призмы через систему шестерней. Блок управления ШДпозволяет вращать решетку с девятью различными скоростями. В данной работе записьспектров калибровки и комбинационного рассеяния происходят на скорости («4» + «´10»), т.е. на блоке управления должны быть нажаты соответствующие кнопки. Ручнойповорот решетки возможен, но производится только (!) с разрешения преподавателя.10ИсточникпитанияФЭУИзлучательлазераПоворотноезеркалоРтутнаялампаБлокпитаниялазераОбъективЛинзаФЭУРассеивательКюветаКалибраторвысотыМонохроматорРис.
8. Фотография экспериментальной установки для наблюдения спектракомбинационного рассеяния27841653473 нмРис.9. Принципиальная схема экспериментальной установки для наблюдениякомбинационного рассеяния: 1- кювета с раствором; 2 – Полупроводниковый лазер(l = 445.6 нм); 3 – объектив; 4 – монохроматор; 5 – фотоэлектронный умножитель;6 – аналого – цифровой преобразователь (АЦП); 7 – компьютер; 8 – блокуправления шаговым двигателем монохроматора.4.
Лазерный источникВ данной работе для изучения эффекта комбинационного излучения используетсянепрерывный полупроводниковый лазер на основе гетероструктуры InGaAs, работающийна длине волны 445.6 нм и с выходной мощностью 200 мВт. Основной принцип работыполупроводникового лазера можно суммировать следующим образом. Еслиэлектрический ток проходит в прямом направлении через полупроводниковый диод, то11электроны и дырки могут рекомбинировать в области p-n перехода и испускать энергию,выделяющуюся при рекомбинации в виде электромагнитного излучения.
Ширина линииэтого спонтанного излучения достигает нескольких см-1, а длина волны определяетсяразностью энергетических уровней электронов и дырок, которая по сути дела,определяется шириной запрещенной зоны. Спектральный диапазон рекомбинационногоизлучения может варьироваться в широких пределах (примерно 0,4 - 40 мкм). Выбордлины волны генерации определяется типом полупроводника и концентрации примесей внем. При превышении определенного порогового тока, зависящего от типа конкретногополупроводникового диода, поле излучения в p-n переходе становится достаточноинтенсивным, для того чтобы вероятность индуцированного излучения превысилавероятность спонтанных или безизлучательных рекомбинационных процессов.
Излучениеможет усиливаться при многократных проходах по кристаллу из-за отражений от егоплоских границ. Когда усиление превышает потери, то возникает эффект генерации.Длина волны лазерного излучения определяется спектральным контуром усиления исобственными частотами лазерного резонатора. Если в качестве зеркал резонатораиспользовать полированные торцы кристалла, то область свободной дисперсии такогорезонатора:éæ n dn öùDn = ê 2nd ç1 +÷úè n dn øûë-1(10)будет велика из-за его малой длины d.n dnРассмотрим конкретный пример для InGaAs: d = 0,5 мм; n = 2,5 и æç ö÷ æç ö÷ = 15, .è øè øndnНайдем Dn = 1,6 см .
Отсюда следует, что лишь несколько мод резонатора попадает вконтур линии усиления. Для того, чтобы перестроить длину волны излучения лазера,можно изменить температуру кристалла. Однако в общем случае невозможноосуществить непрерывную перестройку длины волны в пределах контура усиления. Послеплавной перестройки частоты примерно на 1 см-1 происходит перескок излучения надругую моду. Для повышения величины выходной мощности используетсямногоканальная структура, однако при этом ухудшается пространственное поперечноераспределение излучения, а также уширяется спектральное распределение (каждый канализлучает на своей частоте). Зависимость выходной мощности излучения используемого вработе лазера от тока представлена на рисунке 10.-1160Выходная мощность, мВт1401201008060402000,00,10,20,30,40,5Т о к, АРис.
10. Зависимость выходной мощностиполупроводникового лазера от тока через p-n переход.125. Порядок выполнения работыВключение установки. Рабочее положение элементов для записи спектракомбинационного рассеяния показано на рис.8. Исследуемый раствор и объектив,фокусирующий рассеянное излучение на щель, должны быть расположены на рельсе наодной высоте. Это контролируется с помощью калибратора высоты. Включитеполупроводниковый лазер установкой тумблера “ Main Power” в положение“ON”, приэтом загорается лампочка на кнопке тумблера (рис.11) Подождите 5 минут, пока неустановится температура внутри лазерного излучателя.
По истечении этого времени дляполучения генерации можно медленным вращением ввести ручку “ Knob” из крайнеголевого положения вправо, контролируя при этом ток накачки по цифровому табло“Display ” (см. рис.11). Внимание! Максимальный рабочий ток не должен превышать0.32 А. Следует отметить, что необходимый уровень выходной мощности регулируетсявеличиной тока (см.рис.10). Для регистрации калибровочного спектра устанавливаетсявеличина тока вблизи порога генерации лазера 0.16 ¸ 0.18 А. В то время как, вэкспериментах с комбинационным рассеянием устанавливается уровень тока £0.32 А.DisplayKey switchKnobMainPowerРис.11 Панель источника питания лазера. Внимание! При включении ивыключении тумблера “Key switch” ручка “Knob” должна быть выкручена вкрайнее левое положение.Включите блок управления монохроматором МДР-41 (рис.
12). Выставьте насчетчике МДР-41 значение 433.0 ± 0.5 (см. рис.13). Для этого нажмите последовательно наблоке управления МДР кнопки «4», «´100» и запустите вращение решетки нажатиемклавиши в нижнем ряду. Средняя клавиша в этом ряду останавливает вращение, левая и13правая клавиши определяют направление вращения. Изменение направления вращениярешетки производится только через остановку, т.е. после нажатия средней клавиши!Рис.
12. Блок управления дифракционныммонохроматоромМДР-41.Изменениенаправления вращения дифракционнойрешетки (нижний ряд кнопок на блокеуправления) производится только послеостановки вращения! При записиспектров должны быть нажаты кнопки 4в первом ряду и ´10 во втором ряду какна фотографии.43 3Рис.13. Окно счетчика монохроматора.Включите ШД, выбрав направление вращения решетки в зависимости от показанийсчетчика. После достижения на счетчике нужного значения, остановите двигатель ипереключите скорость вращения на «4», «´10».
Раскройте входную щель на 0.3 мм.Скорее всего, это уже сделано. Прежде чем крутить щель, проверьте показания еебарабана. Напротив вертикального лимба должна стоять цифра «10», а цифра «0.2»должна перекрываться барабаном (рис. 14). Ширина выходной щели уже выставленаравной 0.3 мм, поэтому ее крутить не нужно.Рис.14. Барабан управления раскрытием входнойщели монохроматора МДР-41. Щель раскрыта на 0.5мм.14Включите высоковольтный источник питания ФЭУ. Вначале включитетумблер «Сеть», затем тумблер «Высокое» (рис.
15). Рабочее напряжение около 1700 Вуже выставлено.Эти ручки не крутить!Потом этот тумблерСначала этот тумблерРис. 15. Порядок включения блока питания ФЭУ. Порядок выключения обратный.6. Юстировка оптической системыСвет, рассеиваемый жидкостью, необходимо сфокусировать на входную щельмонохроматора.
Интенсивность света от процесса комбинационного рассеяния прииспользовании в качестве накачки лазера с выходной мощностью излучения несколькодесятков милливатт мала, поэтому для юстировки используется специальный имитаторрассеяния. Следует сказать, что предлагаемая методика не является единственной истудент по желанию может предложить и реализовать альтернативный вариант.Юстировка состоит из двух этапов.
Прежде всего, убедитесь, что на фотоумножительне подано высокое напряжение. Затем следует установить элементы оптической схемытак, как это изображено на рис. 16. Вместо кюветы устанавливается имитаторрассеяния - стержень из дюралюминия, торец которого скошен под углом 450. Излучениелазера, отразившееся от скошенной поверхности, необходимо при помощи объективасфокусировать на центр входной щели монохроматора (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
