2.3.1. Hệ laser pico giây Nd:YAG
Để thu phổ SFG của các mẫu D-glucose khô và ướt, hệ quang phổ kế SFG của tập đoàn EKSPLA (Vilnius, Lithuania) đã được sử dụng (hình 2.4). Đây là hệ quang học đồng bộ, hiện đại với các thiết bị có độ tin cậy và chính xác cao, chuyên dùng để nghiên cứu các vật liệu y sinh. Hệ gồm các khối bộ phận chính là bộ phát laser pico giây Nd:YAG modul PL2250, bộ nhân tần H500, bộ phát tham số quang PG500/DFG, máy quang phổ MS3504 và các linh kiện quang học phụ trợ khác.
Mẫu bột
Nước cất 2 lần (~220C)
Hình 2.3: Cơ chế tạo mẫu D-glucose ẩm
Nắp đậy Buồng tạo mẫu
2.3.2. Laser Nd:YAG module PL2251A
Nguồn kích thích cho hệ đo là laser xung Nd:YAG mã hiệu PL2250 (hình 2.5) hoạt động ở chế độ mode-locked có bước sóng cơ bản là 1064 nm, chu kỳ xung 30 ps, tần số lặp lại 50 Hz, năng lượng xung 50 mJ, đường kính chùm tia cỡ 8 mm. PL2250 gồm có tủ điện rời và đầu laser kết nối với nhau một cách linh hoạt. Ngoài ra, một bộ điều khiển cầm tay được gắn vào bảng điều khiển laser.
Tủ điện bao gồm các thành phần cần thiết cho việc khởi chạy và làm lạnh đầu laser là nguồn điện PS5050 và bộ làm lành PS1222CO. Tủ được kết nối trực tiếp với nguồn điện chính.
Hình 2.4: Hệ đo SFG của hãng EKSPLA (Lithuania) đang được đặt tại Bộ môn Quang lượng tử, Khoa Vật lý, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên
2.3.3. Khối nhân đôi tần số H500
Khối nhân tần H500 được dùng để chuyển đổi bức xạ cơ bản của laser PL2250 thành chùm hoạ ba bậc hai. Khối có thiết kế các đầu ra tiện lợi để có thể lấy được bức xạ 532 nm hoặc 1064 nm tuỳ thuộc theo từng phép đo cụ thể (hình 2.6). Chùm lối vào được chia thành hai phần nhờ gương M1, trong đó một phần được đưa trực tiếp ra ngồi thơng qua gương M6, phần còn lại đi qua bộ phát hoà ba bậc hai SHG. Chùm hoà ba bậc hai tạo thành sau đó cũng được chia thành hai phần nhờ gương M8 rồi đưa ra ngoài nhờ các gương M2, M3 và M7.
2.3.4. Máy phát tham số quang học PG500/DFG
PG500/DFG là máy phát tham số quang và tạo tần số hiệu dựa trên sự kết hợp của tinh thể quang học chính BBO và tinh thể AgGaS2 hoặc tinh thể GaSe. Khi được bơm bởi chùm cơ bản và chùm hoạ ba bậc ba của laser pico giây Nd:YAG, thiết bị này mở rộng khoảng bước sóng từ vùng khả kiến đến hồng ngoại giữa (0.68 – 10 μm). PG500/DFG được thiết kế để sử dụng cùng với laser Nd:YAG mode-locked mã hiệu PL2250. Khả năng của tinh thể BBO cho phép chuyển đổi bước sóng từ 680 nm đến 2.3 μm, với hiệu suất ấn tượng và năng lượng lối ra ổn định. Trong khi đó, tinh thể AgGaS2 cung cấp các xung bức xạ mạnh trong khoảng từ 2.3 – 10 μm với hiệu suất tốt.
2.3.5. Giá mẫu
Mẫu đo được đặt trên giá đỡ gắn với motor bước có thể tinh chỉnh từ 00 đến 3600, bước nhảy 10. Ngoài khả năng vi chỉnh bằng tay theo ba chiều x – y – z, giá cịn có thể điều chỉnh được tự động thông qua bộ điều khiển kết nối với máy tính nhằm đảm bảo độ chính xác cao. Việc sử dụng giá đỡ mẫu mang lại nhiều lợi ích, hạn chế được sai số và phù hợp với nhiều phép đo khác nhau (hình 2.7).
2.3.6. Máy đơn sắc MS3504 và nhân quang điện PMT
Máy đơn sắc MS3504 sử dụng hai cách tử với số vạch lần lượt là 2400 và 3600 vạch với kích thước mỗi cách tử là 70x70x10. Máy có dải làm việc từ 190 nm đến 653 nm với độ phân giải 0.06.
Đầu thu tín hiệu có thành phần chính là ống nhân quang (photomultiplier tube – PMT) PMT1 kiểu R7899 và PMT2 kiểu R374 của tập đồn Hamamatsu. Các thơng số đặc trưng của hai PMT được trình bày trong bảng 2.1.
Bảng 2.1: Các thông số đặc trưng của PMT
R7899 R374
Độ nhạy cathode (μA/lm)
Cực tiểu 70 80
Đặc trưng 95 150
Điện thế cực đại từ anode đến cathode 1250 1250
Bước sóng
Ngắn 300 nm 185 nm
Dài 650 nm 850 nm
Đỉnh 420 nm 420 nm
Tín hiệu điện từ PMT được thu nhận bởi mạch CDS (Correlated Double Sample) gồm hai bộ khuếch đại được kết nối đồng bộ.
MS3504 có độ phân giải cao, độ ồn thấp, tuỳ theo mục đích sử dụng có thể dùng PMT1 hoặc PMT2 để thu được tín hiệu tốt nhất.
Ngồi ra, hệ cịn có các thiết bị quang học (kính lọc, thấu kính …) đặt ở lối vào để lọc nhiễu và bảo vệ máy.
2.3.7. Phần mềm SFG spectrometer
SFG spectrometer là phần mềm điều khiển hoạt động cho tất cả các khối bộ phận của hệ đo SFG. Phần mềm có giao diện trực quan, dễ thao tác. Phần mềm này có một số chức năng chính như sau:
a. Cửa sổ “Energy chart”: hiển thị năng lượng của xung laser tạo thành, xung bơm cho PG500 và xung thu nhận được từ PMT.
b. Cửa sổ “SFG or SHG plot”: cho phép thu phổ trong vùng bước sóng tuỳ chọn. c. Cửa sổ “SFG or SHG time dependant plot”: cho phép hiển thị tín hiệu SFG trong một chu kỳ thời gian tuỳ chọn. Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của tín hiệu.