1. 3 Định nghĩa và cấu tạo của đơn lớp Langmuir
2.2.3 Bố trí thí nghiệm đo tần số tổng trên hệ đo EKSPLA SF41
Sơ đồ bố trí quang học được chỉ ra trong hình 2.3. Hệ kích thích phát tần số tổng SFG hoạt động dựa trên một laser bơm pico giây và máy phát tham số quang (OPG).
Laser Nd:YAG hoạt động ở chế độ mode-locked, có độ rộng xung 30 ps, tần số 50 Hz phát ra bức xạ cơ bản ở bước sóng 1064 nm được bơm cho bộ nhân tần H500. Họa ba bậc hai (532 nm) và bức xạ cơ bản (1064 nm) từ bộ nhân tần được bơm đến máy phát tham số quang PG501/DFG. Tia hồng ngoại IR ở đầu ra của PG501/DFG mà chúng tôi sử dụng trong quá trình thực nghiệm có bước sóng nằm trong phạm vi điều chỉnh từ 2.3 đến 10 µm là kết quả của quá trình
phát tần số hiệu khi pha trộn sóng đệm của quá trình phát tham số quang với bức xạ 1064 nm của laser. Tia IR này được hướng chính xác tới mẫu bằng các gương phản xạ và một thấu kính (không chỉ ra trong hình 2.3).
Tia khả kiến VIS (532 nm) ở một đầu ra khác của bộ nhân tần H500 đi qua các một số linh kiện quang học, rồi được hướng vào mẫu bằng gương phản xạ. Tia VIS đi qua một bộ lọc không gian đảm bảo cầu hình Gaussian của tia đó. Bản nửa bước sóng HWP1 dùng để điều chỉnh năng lượng của tia VIS.
Chúng em lựa chọn phân cực của các tia VIS, IR và SFG tương ứng bằng lăng kính GP1, M5 và M5’, và lăng kính GP2. Năng lượng của hai tia VIS và IR được kiểm tra liên tục bằng các Photodiode.
M1-M9: Gương; GP1, GP2: Lăng kính Glan; L1: Thấu kính F1, F2: Bộ lọc; P1: Lăng kính; HWP1, HWP2: Bản λ/2 PL 2251A H500 PG501/DFG Bộ lọc không gian 1064 nm M1 M2 532 nm 532 nm 1064 nm 2.3-10µm IR M3 M4 M5 M6 M7 M8 F1 GP1 HWP1 HWP1’ HWP2 HWP2’ P1 Delayline VIS Máy tính Mẫu M9 F2 L1 GP2 MS3504
Một đường làm trễ (delay line) được dùng để hai tia VIS và IR chồng chập với nhau trên bề mặt mẫu với các góc tới tương ứng là 600 và 550. Khi chúng chồng chập không gian va thời gian trên bề mặt mẫu thì sẽ phát tín hiệu tần số tổng. Tín hiệu SFG thu được với góc phản xạ 59,70 0.350. Tia SFG thu được từ bề mặt mẫu được hướng đến máy đơn sắc thông qua bộ lọc F1để chặn các bức xạ không cần thiết, thấu kính L1 tiêu cự 200 mm và một số linh kiện khác. Ngoài ra, còn có một laser diode LD (không chỉ ra trên hình 2.7) dùng để mô phỏng tín hiệu SFG. Máy đơn sắc lọc tín hiệu SFG và các ống nhân quang điện được dùng để phát hiện tín hiệu đó. Tín hiệu SFG từ dạng quang sẽ chuyển thành dạng điện trong ống nhân quang điện và đưa tín hiệu ra máy tính. Khi đó ta thu được phổ SFG của mẫu đang nghiên cứu. Tất cà các thành phần của hệ như laser PL2251, máy phát tham số quang PG 501/DFG, máy đơn sắc và Photodector đều điều khiển bằng máy tính thông qua phần mềm LabVIEW.
Trong thí nghiệm, các tia VIS và IR có năng lượng tương ứng khoảng 200-250 µJ và 300-350 µJ, và thời gian thực hiện đối với một phổ khoảng 20 phút, phạm vi phép đo phổ từ 2800- 3700 cm-1, bước nhảy 500 cm-1, và tiến hành đo với phân cực SSP. Mẫu Langmuir được đặt trên bệ đỡ, có thể di chuyển theo chiều ngang x, y hoặc theo chiều dọc z sao cho hai tia tới chồng chập trên bề mặt mẫu. Mỗi lần đo cần phải chuẩn bị mẫu Langmuir mới. Thí nghiệm được tiến hành trong phòng duy trì nhiệt độ khoảng 18-250C.
Yêu cầu đối với thấu kính L1: Thấu kính L1 có tiêu cự f = 200 mm dùng để
hội tụ chùm tia vào khe máy đơn sắc.
Độ lệch chùm tia lớn nhất của tín hiệu SFG từ bề mặt mẫu đến mặt phẳng thấu kính là ∆h1 = 2.7 mm và độ lệch chùm tia lớn nhất từ thấu kính đến khe máy đơn sắc là ∆h2 = 1.22 mm.
Detector dùng để thu tín hiệu có đường kính 21 mm, vì thế sự tán xạ sẽ không ảnh hưởng đến cường độ tín hiệu SFG.
Sự phân kì của tín hiệu SFG chủ yếu phụ thuộc vào đường kính chùm tia bơm trên bề mặt mẫu. Sự phân kì của chùm tia giới hạn bởi sự nhiễu xạ là:
1.21
d
λ
θ = (2.6)
Trong đó: λ là bước sóng, d là đường kính chùm tia bơm. Khẩu độ của thấu kính cỡ 25 mm khá lớn đủ để dùng cho cấu hình thí nghiệm SFG. Ngoài ra khoảng cách từ mẫu đến thấu kính ~ 650 cm, khoảng cách đủ xa để tránh các tia tán xạ đi đến đầu thu của máy đơn sắc.
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Sau khi chế tạo mẫu đơn lớp n – Butanol trên nước siêu sạch và các dung dịch muối NaCl, NaI có nồng độ khác nhau. Tiến hành đo tín hiệu SFG từ các đơn lớp n-Butanol này và xử lý số liệu, vẽ phổ SFG bằng phần mềm Origin 7.5, từ đó phân tích để thấy được ảnh hưởng của nồng độ dung dịch muối halogel lên đơn lớp n-Butanol và lớp nước bề mặt.