He thong lazer mau

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Ngọc Thanh NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG LASER MÀU ĐIỀU CHỈNH LIÊN TỤC TẦN SỐ TỰ ĐỘNG HOÁ, ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ LASER VÀ HỆ ĐO QUANG PHỔ KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Điện tử - Viễn thông HÀ NỘI - 2005 LỜI CẢM ƠN Lời luận văn này, cho phép gửi lời cám ơn sâu sắc tới tồn thể thầy giáo, người truyền thụ cho tơi kiến thức vơ cần thiết quí báu suốt bốn năm học đại học vừa qua Với tình cảm chân thành, tơi xin gửi lời cảm ơn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Nguyễn Đại Hưng, người thầy ln tận tình hướng dẫn, trực tiếp truyền thụ cho kiến thức, ý tưởng khoa học mẻ sâu sắc kinh nghiệm cần thiết quí báu suốt trình học tập hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Vũ Thị Bích, TS Trần Hồng Nhung, TS Đỗ Quang Hoà, anh chị bạn Trung tâm Điện tử học lượng tử, Viện Vật lý Điện tử, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, giúp đỡ, có lời khuyên ý kiến đóng góp q báu tơi suốt q trình học tập, làm việc hồn thành luận văn Cuối xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến gia đình, bè bạn động viên giúp đỡ tơi suốt q trình làm luận văn Tác giả TÓM TẮT Sự đời laser màu vào năm cuối thập niên 60 đánh dấu bước ngoặt quan trọng nghiên cứu quang học - quang phổ đại Có thể nói laser màu công cụ nghiên cứu quan trọng lĩnh vực quang phổ Với khả phát xạ có tính kết hợp cao mặt khơng gian thời gian; mật độ công suất phổ lớn khả điều chỉnh tinh tế bước sóng khoảng phổ rộng (từ gần tử ngoại đến hồng ngoại gần), laser màu trở thành nguồn sáng lý tưởng thay nguồn sáng quang phổ thông thường khác Đến nay, laser màu lựa chọn hàng đầu cho ứng dụng quang phổ đại thuộc vùng phổ khả kiến tử ngoại gần Các hệ đo sử dụng laser màu xung điều chỉnh liên tục bước sóng sử dụng rộng rãi Sự phát triển khoa học kĩ thuật nay, đặc biệt phát triển máy tính thiết bị đo đạc kĩ thuật số mở khả điều khiển tự động hố hệ đo Nội dung luận văn: • Nghiên cứu lý thuyết laser màu lý thuyết buồng cộng hưởng lọc lựa bước sóng sử dụng hệ lăng kính giãn chùm cách tử Littrow • Sử dụng kĩ thuật số điều khiển thiết bị laser • Sử dụng hệ laser làm nguồn kích thích hệ đo quang phổ Tự động hoá xử lý số liệu cho hệ đo hệ đo quang phổ kĩ thuật số MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn Tóm tắt Mục lục Mở đầu CHƯƠNG LASER MÀU XUNG, ĐƠN SẮC, ĐIỀU CHỈNH LIÊN TỤC TẦN SỐ VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ KÍCH THÍCH QUANG HỌC Tổng quan chất màu laser màu 1.1 Chất màu laser 1.1.1 Cấu trúc hóa học chất màu 1.1.2 Phổ chất màu 1.1.3 Cấu trúc mức lượng dịch chuyển quang học 1.2 Laser màu 1.2.1 Điều kiện để phát laser màu 1.2.2 Bơm quang học cho laser màu 1.2.3 Buồng cộng hưởng laser màu băng hẹp 10 Buồng cộng hưởng laser màu đơn sắc cao sử dụng lăng kính giãn chùm cách tử Littrow 12 2.1 Bộ giãn chùm lăng kính 12 2.2 Cách tử hologram 14 2.3 Hệ giãn chùm lăng kính – cách tử Littrow 16 Ứng dụng laser để kích thích quang học 17 3.1 Một số khả kích thích quang học laser 17 3.1.1 Kích thích trạng thái phân tử 17 3.1.2 Bão hòa dịch chuyển cộng hưởng 18 3.1.3 Kích thích bậc thang 19 3.1.4 Dịch chuyển đa photon 20 3.2 Các hướng nghiên cứu sử dụng laser để kích thích 21 3.2.1 Các tính chất nguyên tử phân tử trạng thái kích thích 21 3.2.2 Ion hóa trạng thái kích thích cao điện trường 22 3.2.3 Quang ion-hoá 22 3.2.4 Quang phân ly 22 3.3 Hai ứng dụng quan trọng 22 3.3.1 Quang hoá học 22 3.3.2 Phân ly đồng vị 23 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN HỆ LASER MÀU, ĐƠN SẮC CAO, ĐIỀU CHỈNH LIÊN TỤC TẦN SỐ 24 Hệ laser màu điều chỉnh liên tục tần số 24 Điều khiển hệ laser 29 2.1 Động bước 29 2.1.1 Khái niệm chung 29 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 31 2.1.3 Cấu tạo phân loại động bước 32 2.1.4 Ba chế độ điều khiển động bước 35 2.1.5 Các đặc trưng tín hiệu điều khiển động bước 36 2.2 Tiến hành điều khiển hệ laser 37 2.2.1 Điều chỉnh liên tục, tuyến tính bước sóng 37 2.2.2 Điều khiển động bước thiết bị laser 39 CHƯƠNG TỰ ĐỘNG HOÁ VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ ĐO QUANG PHỔ VỚI LASER MÀU ĐƯỢC PHÁT TRIỂN LÀ NGUỒN KÍCH THÍCH Dao động kí số LT344 41 42 1.1 Cấu trúc thiết bị 42 1.2 Chế độ điều khiển từ xa 43 1.2.1 Các tin chương trình 44 1.2.2 Các câu lệnh truy vấn 44 1.2.3 Phần tiêu đề 45 1.2.4 Các đường dẫn tiêu đề 46 1.2.5 Dữ liệu 46 1.2.6 Các tin đáp ứng 48 Hệ đo quang phổ laser 49 2.1 Cấu hình hệ đo 49 2.2 Phần mềm điều khiển 50 2.2.1 Ngơn ngữ lập trình Labview 50 2.2.2 Cấu trúc phần mềm điều khiển 53 Kết đánh giá thông số hệ thống đo 57 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO MỞ ĐẦU Sự đời Laser thành tựu khoa học quan trọng kỷ 20 Hơn bốn mươi năm qua, vật lý công nghệ laser phát triển nhanh chóng, khơng ngừng có ảnh hưởng to lớn trực tiếp đến lĩnh vực khác khoa học, công nghệ đời sống hàng ngày Lịch sử phát triển laser màu (có mơi trường hoạt chất chất màu hữu cơ) trải qua nhiều kiện quan trọng Năm 1966, lần trình xạ cưỡng tâm màu hữu dạng dung dịch chứng minh thực nghiệm hai nhà vật lý Sorokin Lankard Năm 1970, phát triển vật lý công nghệ laser cho phép thu xạ laser màu đơn sắc cao, điều chỉnh liên tục bước sóng miền phổ từ tử ngoại gần đến hồng ngoại gần Giữa năm 80, kĩ thuật mode - locking người ta thu xung laser màu cực ngắn, kỷ lục xung ngắn femto-giây Ngày nay, loại laser nói chung laser màu nói riêng thiết bị thiếu để phát triển phương pháp nghiên cứu quang phổ laser đại nhiều lĩnh vực: vật lý, hoá học, khoa học vật liệu y sinh học Có thể nói, laser màu công cụ nghiên cứu hiệu lĩnh vực quang học - quang phổ Với khả năng: phát xạ có tính kết hợp cao không gian thời gian; mật độ công suất phổ lớn khả điều chỉnh tinh tế bước sóng khoảng phổ rộng từ gần tử ngoại tới hồng ngoại gần, laser màu trở thành nguồn sáng lý tưởng, thay hiệu nguồn sáng quang phổ thông thường khác (các loại đèn halogen, đèn Xenon ) Cho đến nay, laser màu lựa chọn ưu tiên hàng đầu cho ứng dụng quang phổ đại thuộc vùng phổ khả kiến tử ngoại gần Các hệ đo sử dụng laser màu xung điều chỉnh liên tục bước sóng sử dụng rộng rãi Sự phát triển khoa học kĩ thuật nay, đặc biệt phát triển máy tính thiết bị đo đạc kĩ thuật số mở khả điều khiển tự động hoá hệ đo Các hệ đo tự động hố tăng cường độ xác kết đo đạc, giảm khối lượng công việc cho nhà nghiên cứu Vì lý đề tài “Nghiên cứu phát triển hệ thống laser màu điều chỉnh liên tục tần số Tự động hoá, điều khiển thiết bị laser hệ đo quang phổ” thực nhằm mục đích sau: • Nghiên cứu phát triển làm chủ hệ laser màu xung, đơn sắc cao, điều chỉnh liên tục tần số • Sử dụng kĩ thuật số điều khiển thiết bị laser • Tự động hố xử lý số liệu cho hệ đo hệ đo quang phổ sử dụng hệ laser màu đơn sắc cao làm nguồn kích thích kĩ thuật số Bản luận văn gồm chương: Chương 1: nghiên cứu lý thuyết laser màu lý thuyết buồng cộng hưởng lọc lựa bước sóng sử dụng hệ lăng kính giãn chùm - cách tử Littrow Đồng thời trình bày số ứng dụng laser kích thích quang học Chương 2: mơ tả hệ laser sử dụng, tiến hành điều khiển cho hệ laser kĩ thuật số Chương 3: sử dụng hệ laser phát triển làm nguồn kích thích cấu hình hệ đo quang phổ, tiến hành điều khiển tự động hoá cho hệ đo kĩ thuật số Bản luận văn thực Trung tâm Điện Tử học lượng tử - Viện Vật lý Điện tử - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam CHƯƠNG LASER MÀU XUNG, ĐƠN SẮC, ĐIỀU CHỈNH LIÊN TỤC TẦN SỐ VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ KÍCH THÍCH QUANG HỌC TỔNG QUAN VỀ CHẤT MÀU VÀ LASER MÀU Giống loại laser khác, laser màu gồm thành phần chính: mơi trường khuyếch đại (hoạt chất), buồng cộng hưởng quang học nguồn bơm quang học Hoạt chất dùng laser màu chất màu laser hoà tan dung mơi thích hợp với nồng độ từ 10-3 tới 10-4 mol/l Buồng cộng hưởng quang học gồm: gương trước, gương sau phần tử quang học khác Laser màu thường bơm từ nguồn sáng liên tục xung như: đèn flash hay laser khác 1.1 CHẤT MÀU LASER: 1.1.1 Cấu trúc hoá học chất màu: Hoạt chất laser màu phân tử màu hữu đa ngun tử (điển hình có khoảng 50 nguyên tử) chứa mối liên kết đôi liên hợp, hấp thụ mạnh ánh sáng vùng nhìn thấy tử ngoại gần Các phân tử phân thành nhóm khác Các nhóm bao gồm: • Nhóm liên hợp Hydrocacbon • Nhóm Oxazole: diphenyoxazole (POP) dẫn suất nói chung cho vùng phổ quanh 400 nm • Nhóm Coumarine: thường dùng cho vùng xanh – xanh lam • Nhóm Xanthene: đáng ý Rohdamin cho vùng phổ quanh 600 nm • Nhóm Cyanine: gồm chất màu phát xạ vùng đỏ hồng ngoại gần C2H5 HN O (NHC 2H5)CL- H3 C CH3 COOC2H5 RHODAMINE 6G Hình Cấu trúc hoá học chất màu Rhodamine 6G Cấu trúc hoá học chất màu hữu đặc trưng tổ hợp nhân Benzen(C6H6), Pyrid(C5H5N), Azin (C4H4N2), Piron (C4H5N) thành phần khác nằm mặt phẳng liên kết Những vòng nối với cách trực tiếp qua nguyên tử trung gian C, N, O nhánh thẳng bao gồm số ngun tử thuộc nhóm CH=CH Hình cấu trúc hoá học chất hoá học điển hình – Rhodamine 6G thuộc nhóm xanthene, có cấu trúc sở vòng Benzen Chất màu chia thành hợp chất ion trung hồ, chúng có tính chất vật lý hố học khác Chất màu dạng trung hồ điển butadiene CH2=CH-CH=CH2 hợp chất thơm pyrene, perylene Chúng có nhiệt độ nóng chảy thấp, hồ tan mạnh dung môi không phân cực benzen, octan, cyclohexane, cloroforn Ngược lại chất màu ion có điểm nóng chảy cao, hồ tan mạnh dung mơi có cực cồn Trong dung dịch, đa số chất màu bị phân ly thành ion tuỳ theo độ pH mà ion chất màu anion hay cation 1.1.2 Phổ chất màu: Sự hấp thụ ánh sáng phần tử chất màu mơ tả bán định lượng mẫu điện tử tự Theo mẫu này, tất nguyên tử nằm mặt phẳng, liên kết với điện tử σ Các điện tử π (có vai trò hấp thụ ánh sáng vùng khả kiến tử ngoại) tạo đám mây điện tích nằm mặt phẳng Dữ liệu chuỗi: Loại liệu cho phép người dùng truyền chuỗi kí tự biến đơn cách cho chuỗi kí tự ASCII cần truyền vào dấu nháy đơn (‘) MESSAGE ‘Connect probe to point J3’ Dao động kí hiển thị thông báo phần thông báo hình Dữ liệu khối: Đó giá trị liệu nhị phân mã hóa dạng ASCII hexa: nhóm bit dịch thành chữ số 0,…,9,A,…F truyền kí tự ASCII Chúng dùng cho việc truyền dạng sóng từ dao động kí tới điều khiển (WAVEFORM) cho khởi tạo panel dao động kí 1.2.6 Các tin đáp ứng: Dao động kí gửi tin đáp ứng tới điều khiển để trả lời truy vấn Định dạng tin hoàn toàn giống định dạng tin chương trình: đáp ứng riêng lẻ định dạng lệnh, phân tách dấu chấm phảy kết thúc kết thúc Trong tin đáp ứng GPIB, kết thúc ln dùng Ví dụ: điều khiển gửi tin chương trình: TIME_DIV?;TRIG_MODE NORM;C1:COUPLING? (khơng đưa kết thúc) Dao động kí đáp ứng lại tin sau: TIME_DIV 50 NS;C1:COUPLING D50 (không đưa kết thúc) Bản tin đáp ứng liên quan tới truy vấn : TRIG_MODE bị bỏ Nếu đáp ứng gửi tới dao động kí, tin chương trình hợp lệ để đặt thời gian sở thàh 50ns/div phối hợp trở kháng đầu vào kênh 50 Ω Bất người sử dụng mong muốn đáp ứng từ dao động kí, họ phải có u cầu chương trình điều khiển thơng qua giao diện GPIB RS-232-C để đọc từ dao động kí Nếu điều khiển gửi tin chương trình khác mà khơng đọc đáp ứng tin trước, tin đáp ứng đệm đầu dao động kí bị hủy bỏ Dao động kí thực qui tắc nghiêm ngặt tin đáp ứng so với chấp nhận tin chương trình Trong người dùng gửi tin chương trình từ điều khiển dạng kí tự chữ hoa thường, tin đáp ứng trả lại dạng chữ hoa Các tin chương trình chứa nhiều dấu cách tin đáp ứng khơng Và tin chương trình chứa tiêu đề câu lệnh câu hỏi dạng dài rút gọn, tin đáp ứng mặc định dùng tiêu đề dạng rút gọn Tuy nhiên, người dùng dùng câu lện COMM_HEADER để yêu cầu dao động kí dùng dạng tiêu đề dài, không dùng tiêu đề Nếu tiêu đề đáp ứng bị loại đi, thời gian truyền đáp ứng giảm tối thiểu Nhưng đáp ứng khơng phù hợp để truyền lại dao động kí Các tiền tố bị bỏ đáp ứng HỆ ĐO QUANG PHỔ LASER: 2.1 CẤU HÌNH HỆ ĐO: Bằng việc dùng hệ laser màu điều chỉnh liên tục bước sóng làm nguồn kích thích, chúng tơi tiến hành xây dựng hệ đo quang phổ laser (hình 32) Hệ đo bao gồm: máy tính với card giao tiếp với dao động kí card dùng để điều khiển điều khiển mơtơ, dao động kí kênh Lecroy LT344, nguồn bơm laser Nd:Yag, laser màu xung điều chỉnh liên tục bước sóng, điều khiển mơtơ, photodiode dùng biến đổi quang - điện Laser Nd:Yag P2 Nguyên lý hoạt động hệ đo: máy tính lệnh điều khiển môtơ để quay cách tử tới vị trí xác định Vị trí tương ứng với bước sóng laser màu phát Các xung laser phát đưa tới photodiode 1(P1) biến đổi thành tín hiệu điện đưa dao động kí Đồng thời phần tín hiệu quang laser Nd:Yag trích đưa tới photodiode 2(P2) để làm trigơ cho hệ đo Tại dao động kí tín hiệu từ photodiode nhận, hiển thị lên hiển thị sau truyền sang máy tính qua card ghép nối Tại máy tính số liệu nhận xử lý lưu trữ thành file phần mềm viết ngơn ngữ lập trình Labview Sau trình xử lý bước sóng kết thúc, máy tính lại lệnh cho điều khiển môtơ để quay cách tử tới vị trí q trình đo lại lặp lại kết thúc 2.2 PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN: 2.2.1 Ngôn ngữ Labview: Labview (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) ngơn ngữ lập trình đồ hoạ sử dụng biểu tượng thay cho việc dùng dòng lệnh để xây dựng ứng dụng Khác với ngơn ngữ lập trình dòng lệnh câu lệnh điều khiển việc thực chương trình, Labview sử dụng lập trình dòng liệu (dataflow) dòng liệu xác định việc thực thi Trong Labview, người sử dụng xây dựng giao diện người dùng cách dùng công cụ đối tượng Giao diện người dùng gọi front panel Người dùng sau thêm vào hàm để điều khiển đối tượng front panel Các hàm Labview thể biểu tượng Các chương trình Labview gọi thiết bị ảo, hay VIs, diện mạo hoạt động chúng mô thiết bị vật lý, ví dụ dao động kí Mọi VI sử dụng hàm để xử lý số liệu đầu vào từ giao diện người dùng từ nguồn khác hiển thị thông tin đưa thông tin tới file tới máy tính khác Một VI gồm thành phần bản: - Front panel - có vai trò giao diện người dùng - Block diagram - bao gồm mã nguồn biểu diễn dạng đồ hoạ xác định chức VI - Biểu tượng đầu nối - cung cấp khả sử dụng VI khác chương trình Một VI dùng VI khác gọi VI (sub VI) Một VI có chức tương tự chương trình ngơn ngữ dòng lệnh Front panel: Đây giao diện người dùng VI Người dùng xây dựng front panel điều khiển thị, đối tượng tương ứng đầu vào đầu VI Các điều khiển núm, nút ấn, thiết bị đầu vào khác Các thị đồ thị, đèn thị kiểu thị khác Các điều khiển theo thiết bị đầu vào đưa liệu tới block diagram VI Các hiển thị theo thiết bị đầu hiển thị liệu mà block diagram xử lý Block diagram: Sau thiết lập front panel, người dùng thêm mã cách dùng hàm biểu diễn dạng đồ hoạ để điều khiển đối tượng front panel Block diagram chứa mã nguồn dạng đồ hoạ Các đối tượng front panel xuất đầu cuối block diagram Việc thực xử lý đối tượng front panel làm block diagram Các đối tượng nối với dây Hình sau đưa ví dụ block diagram: Hình 34 Một ví dụ block diagram Hình số đối tượng block diagram: đầu cuối, hàm, dây nối Các đầu cuối: Các đầu cuối thể kiểu liệu điều khiển thị Ví dụ hình bên DBL thể biến kiểu dấu phảy động Các đầu cuối cổng vào để trao đổi liệu front panel block diagram Dữ liệu mà người dùng đưa vào điều khiển front panel (a b hình vẽ trên) đưa vào block diagram thông qua đầu cuối điều khiển Dữ liệu sau đưa vào hàm Add Subtract Khi hàm thực xong tính tốn, chúng tạo giá trị Dữ liệu “chảy” tới đầu cuối hiển thị trở lại front panel hiển thị hiển thị front panel Các nút: Các nút đối tượng block diagram chứa đầu vào và/hoặc đầu thực chức VI chạy Chúng tương tự vòng lặp, tốn tử, hàm chương trình ngơn ngữ lập trình dạng lệnh Trong ví dụ hình hàm Add Subtract nút Dây nối: Người dùng truyền liệu đối tượng block diagram thông qua dây nối Trong hình 2, dây nối đầu cuối hiển thị điều khiển tới hàm Add Subtract Mỗi dây có nguồn liệu nối tới nhiều VI hàm đọc liệu Các dây nối có màu, kiểu độ dày khác tuỳ thuộc vào kiểu liệu chúng mang Biểu tượng bảng nối: Mọi VI có biểu tượng, ví dụ hình bên Biểu tượng xuất góc bên phải cửa sổ front panel block diagram Mỗi biểu tượng dạng biểu diễn đồ hoạ VI Các biểu tượng chứa chữ, hình ảnh Nếu người dùng sử dụng VI VI con, VI xuất block diagram đưới dạng biểu tượng Bảng nối, hình vẽ bên, thiết lập phép VI dùng VI VI khác Bảng nối VI tập đầu nối mà đầu nối tương ứng với điều khiển thị VI đó, tương tự danh sách thông số hàm ngơn ngữ lập trịnh dạng dòng lệnh Bảng nối xác định đầu vào đầu người dùng nối dây tới VI Một bảng nối nhận liệu đầu nối đầu vào chuyển liệu tới block diagram thông qua điều khiển front panel nhận kết đầu nối đầu từ thị front panel Bảng nối thường có đầu nối cho điều khiển thị front panel 2.2.2 Cấu trúc phần mềm điều khiển: Phần mềm điều khiển hệ đo viết ngơn ngữ Labview Một số nét ngơn ngữ lập trình trình bày phần Việc lựa chọn ngôn ngữ Labview để viết phần mềm điều khiển do: - Khả kết nối thiết bị hệ đo mạnh đơn giản: môi trường Labview hỗ trợ nhiều hàm vào ra, nhiều tiện ích giúp giảm bớt khó khăn q trình liên lạc với thiết bị - Mơi trường lập trình thân thiện, dễ kiểm sốt chương trình, cung cấp nhiều hàm xử lý xâu, chuỗi, mảng liệu, khả đồ hoạ mạnh - Giao diện đẹp, dễ sử dụng - Thuận lợi cho việc phát triển, nâng cấp phần mềm Trong hệ đo này, phần mềm điều khiển đóng vai trò quan trọng Nó có chức năng: - Điều khiển việc quay cách tử - Thiết lập thông số cho dao động kí - Nhận xử lý số liệu gửi từ dao động kí - Lưu trữ thơng tin thu thành file để phục vụ cho mục đích khác - Đồng hoạt động hệ đo Phần mềm điều khiển phát triển theo mơ hình module Chương trình chia thành nhiều module nhỏ, module mang chức định Cấp Cấp Chương trình điều khiển phân làm cấp: - Cấp module chương trình: module có tác dụng gọi tới chức tồn chương trình, nhập số thông số đầu vào phép đo (như tên file để lưu trữ liệu, vị trí thời cách tử ), theo dõi kiểm sốt q trình đo, hiển thị kết đo đạc - Cấp module mơđun Các module hình 35 (theo thứ tự từ trái sang phải) bao gồm: module tính tốn số bước chuyển môtơ bước, chiều quay môtơ bước; module tính tốn để đưa đường cong hấp thụ, module mở chuyển đổi kiểu số liệu; module điều khiển môtơ bước; module xử lý số liệu; module lưu trữ liệu; module khởi tạo giá trị cho dao động kí cho phép đo - Cấp cấp module bậc thấp Các module chủ yếu liên quan đến việc liên lạc với dao động kí Các module thực chức đọc dạng sóng, thiết lập thơng số cho dao động kí Việc phân cấp giúp cho việc phát triển, nâng cấp phần mềm dễ dàng tiện cho việc theo dõi, viết chương trình Module chương trình: Người sử dụng kích hoạt module (giao diện chương trình) từ người dùng thao tác tuỳ theo yêu cầu: thiết lập thơng số cho dao động kí, thiết lập tham số cho phép đo, tiến hành mở file kết lưu trữ xử lý số liệu, tiến hành đo Giao diện cho phép người sử dụng gọi tới chức chương trình, nhập số thơng tin ban đầu phục vụ cho việc lưu trữ kết đo, theo dõi kết phép đo, trình tiến hành Giao diện module hình đây: Hình 36 Giao diện chương trình Module thiết lập tham số cho dao động kí phép đo: Với module này, kích hoạt từ module thực việc liên lạc với dao động kí, đặt dao động kí vào chế độ điều khiển từ xa Các hộp thoại giao diện module cho phép người dùng thiết lập thơng số dao động kí như: thang thời gian, thang biên độ, trigơ thông số cho phép đo như: nguồn tín hiệu lấy kênh nào, nguồn trigơ kênh nào, địa liên lạc với dao động kí Lưu đồ thu thập xử lý số liệu phép đo: Phép đo bắt đầu thực sau người dùng nhấn nút Measure để kích hoạt chương trình đo Đầu tiên, chương trình kiểm tra vị trí thời cách tử vị trí mà người dùng muốn bắt đầu phép đo Nếu hai vị trí khác chương trình điều khiển quay mơ tơ để đưa cách tử vị trí khởi phát phép đo Khi vị trí thời vị trí khởi phát phép đo trùng nhau, chương trình thu thập số liệu từ dao động kí Số liệu thu thập nhiều lần (tuỳ thuộc người dùng muốn lấy trung bình lần, thơng thường 20 lần) tính trung bình Ở chương trình đo thực đo trung bình theo thời gian, số liệu thu thập từ dao động kí biên độ tín hiệu nguồn Sau việc thu thập tính tốn vị trí hồn thành, chương trình điều khiển mơ tơ quay tới vị trí thực đo đạc Phép đo tiến hành vị trí cách tử trùng với vị trí kết thúc phép đo Sau trình đo đạc kết thúc, kết lưu trữ dạng file *.dat – file dạng nhị phân Sau sử dụng module mở chuyển đổi kiểu liệu phần mềm điều khiển chuyển đổi file *.dat thành dạng file *.txt Các file *.txt hồn tồn đọc phần mềm khác Exel hay Origin Lưu đồ phép đo mô tả sau: Bắt đầu đo (nhấn nút Measure) Vị trí ≠ Vị trí khởi phát Sai Đúng Quay cách tử vị trí khởi phát Thu thập tính tốn biên độ TB Quay cách tử đến vị trí Đúng Vị trí ≠ Vị trí kết thúc Sai Lưu trữ giá trị đo dừng phép đo Hình 38 Lưu đồ phép đo KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG ĐO: Với hệ đo mô tả tiến hành số phép đo quang phổ Kết thể phổ hoạt động laser với chất màu Rh 6G pha dung môi ethanol 90% với nồng độ chất màu 0.5.10-3 M/l, số liệu lấy từ file *.txt - kết phép đo tiến hành hệ đo mô tả uong ti doi 2.5 1.5 Kết phản ánh tính chất phổ phát xạ chất màu laser: vùng phổ hoạt động laser màu dải rộng (cỡ 15 nm), cường độ giảm nhanh phía sóng ngắn giảm chậm phía sóng dài Dạng đường cong thu từ chương trình phù hợp với kết đo đạc tác giả khác, phù hợp với tính tốn lý thuyết Kết cho thấy hệ đo quang phổ hoạt động đúng, chương trình điều khiển tự động hoá cho hệ đo quang phổ hoạt động, thu thập số liệu xử lý xác số liệu Với kết đo đạc ta đưa số thơng số hệ đo: − Nguồn kích thích: laser màu xung, điều chỉnh liên tục tần số, đơn sắc cao − Vùng phổ: 545 – 700 nm − Độ đơn sắc: 2.4 GHz − Bước sóng quét cực tiểu: 0.001nm Khi tiến hành đo đạc cần ý: − Phải xác định loại mẫu đo để xác định tính chất phổ mẫu Từ việc xác định tính chất phổ ta chọn bước qt cho phù hợp, vừa bảo đảm khả xác định tính chất phổ mẫu, vừa tối ưu thời gian đo đạc − Phải xác định số lần lấy trung bình tín hiệu Do phép đo lấy trung bình theo thời gian, thực phép đo nên chọn số lần lấy trung bình cho phù hợp (thông thường 20 lần) − Phải đảm bảo cho đầu thu photodiode hoạt động chế độ tuyến tính Việc đảm bảo cho đầu thu hoạt động tuyến tính quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp tới kết phép đo − Khi tiến hành đo quang phổ mẫu cần tránh tượng bão hoà cường độ nguồn kích thích mạnh gây Hệ đo hoàn toàn đáp ứng cho phép đo quang phổ mẫu có cấu trúc phổ đám phổ vạch Tuy nhiên, độ đơn sắc laser 2.4 GHz nên với cấu trúc có độ tinh tế < 2.4GHz kết đo phản ánh độ đơn sắc thân laser màu cấu trúc phổ mẫu cần đo Hệ đo mơ hình quang phổ khơng sử dụng phổ kế KẾT LUẬN: Laser màu đóng vai trò quan trọng lĩnh vực nghiên cứu quang học - quang phổ đại Các laser màu xung điều chỉnh liên tục bước sóng cho phép xạ laser phát khoảng phổ rộng, độ đơn sắc cao tỏ công cụ hiệu nghiên cứu ứng dụng Luận văn tiến hành Nghiên cứu mặt lý thuyết làm chủ việc vận hành hệ laser màu xung điều chỉnh liên tục tần số: − Nắm nguyên lý hoạt động hệ laser màu điều chỉnh liên tục tần số − Nắm tác dụng việc sử dụng hệ giãn chùm lăng kính – cách tử Littrow việc tạo xạ laser đơn sắc cao khả điểu chỉnh liên tục bước sóng − Có khả vận hành làm chủ hệ laser màu xung Sử dụng kĩ thuật số điều khiển hệ laser đơn sắc cao: − Hiểu cấu tạo hệ laser màu thực tế − Nắm nguyên lý hoạt động, cấu tạo phân loại động bước − Trên sở tiến hành điều khiển hệ laser màu Phát triển cho hệ laser để có khả ghép nối vào hệ đo quang phổ Sử dụng máy tính điều khiển tự động hố hệ đo phần mềm viết ngơn ngữ Labview: − Hiểu chức năng, cấu trúc dao động kí số LT 344 − Làm chủ khả điều khiển từ xa máy tính thơng qua giao diện GPIB loại dao động kí − Tìm hiểu sử dụng số chức ngơn ngữ lập trình Labview để xây dựng phần mềm điều khiển cho hệ đo − Đã tự động hoá điều khiển cho hệ đo quang phổ cho phép hệ đo đáp ứng yêu cầu nghiên cứu thuộc lĩnh vực quang phổ laser Hệ đo hồn thiện thêm, tăng cường độ ổn định hệ laser màu để tiến tới hệ đo quang phổ không sử dụng phổ kế TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1 ] Hoàng Hữu Hoà Động học phổ laser màu xung, băng rộng, bơm xung ngắn Luận án tiến sĩ Hà Nội 2001, tr 11-25 [2 ] Nguyễn Quang Hùng - Trần Ngọc Bình Động bước Kỹ thuật điều khiển ứng dụng NXB Khoa học Kĩ thuật, 2003, tr 9-45 [3 ] Nguyễn Đại Hưng Vật lý kĩ thuật Laser NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2004, tr 33-40 [4 ] Nguyễn Đại Hưng, Phan Văn Thích Thiết bị linh kiện quang học quang phổ laser NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2005, tr 24-32, tr 53-63, tr 210-220 Tài liệu tiếng Anh [5 ] Duarte.F.J and Piper.J.A Prism preexpanded grazing-incidence grating cavity for pulsed dye laser Appl Opt, Vol 20, N0 12, 1981, 2113 [6 ] Duarte.F.J Dye laser Principles: With Applications Academic Press, New York, 1990 [7 ] Schafer.F.P Dye laser Springer Verlag, New York, 1990, 66 – 71 [8 ] Rick Trebino Achromatic N-prism beam expanders: optimal configurations Appl Opt, Vol 24, N0 8, 1985, 1130 [9 ] Waverunner TM operator’s manual 1999 [10 ] WaverunnerTM remote control manual 1999 ... sáng theo bước sóng dựa chế nhiễu xạ nhiều khe Trong kỹ thuật laser, cách tử đóng vai trò yếu tố chọn lọc bước sóng theo khơng gian Các cách tử sử dụng laser cách tử Hologram, chế tạo theo kỹ... benzen, octan, cyclohexane, cloroforn Ngược lại chất màu ion có điểm nóng chảy cao, hồ tan mạnh dung mơi có cực cồn Trong dung dịch, đa số chất màu bị phân ly thành ion tuỳ theo độ pH mà ion chất... điện tử tự Theo mẫu này, tất nguyên tử nằm mặt phẳng, liên kết với điện tử σ Các điện tử π (có vai trò hấp thụ ánh sáng vùng khả kiến tử ngoại) tạo đám mây điện tích nằm mặt phẳng Theo ngun tắc