광열 분광법

Photothermal spectroscopy

광열분광학이란 시료의 광학적 흡수 및 열적 특성을 측정하기 위해 사용되는 고감도 분광학 기술의 집합이다.광열분광학의 기초는 방사선 흡수에 따른 시료의 열상태 변화이다.빛을 흡수하고 방출에 의해 손실되지 않으면 가열됩니다.열은 온도를 상승시켜 샘플 또는 샘플에 인접한 적절한 물질의 열역학 특성에 영향을 미칩니다.광학적 흡수에 의해 발생하는 온도, 압력 또는 밀도 변화 측정은 궁극적으로 광열 분광 측정의 기초가 된다.

광음향분광법과 마찬가지로 광열분광법은 흡수에 관여하는 빛의 직접 측정에 기초하지 않기 때문에 광흡수를 측정하는 간접적인 방법이다.그러나 다른 의미에서 광열(및 광음향) 방법은 보다 일반적인(전송) 분광 기법의 경우처럼 전송에서 계산하는 것이 아니라 흡수를 직접 측정한다.그리고 이 기술이 높은 감도를 제공하는 것은 투과 기술에서 흡광도는 샘플에 입사하는 총광과 투과(반사광과 산란광) 빛의 차이로 계산되기 때문입니다.큰 숫자의 작은 차이를 다룰 때 일반적으로 정확성의 문제가 발생합니다.흡수가 적은 경우.대신 광열분광학에서 신호는 기본적으로 흡수에 비례하며, 반사 또는 산란이 있는 경우에도 진정한 흡수가 0일 때는 0입니다.

광열분광학에는 몇 가지 방법과 기술이 사용된다.이들 각각에는 측정된 특정 물리적 효과를 나타내는 이름이 있습니다.

  • 광열 렌즈 분광법(PTS 또는 TLS)은 빛의 빔이 투명한 샘플을 가열할 때 발생하는 열적 블루밍을 측정합니다.일반적으로 균질한 기체와 액체 용액에서 미량의 물질을 측정하는 데 사용됩니다.
  • 신기루 효과라고도 불리는 광열 편향 분광법(PDS)은 광학 흡수에 의한 빛의 굴곡을 측정합니다.이 기술은 표면 흡수를 측정하고 층상 재료의 열 특성을 프로파일링하는 데 특히 유용합니다.
  • 4파 혼합의 일종인 광열 회절은 시료에 "쓰기"된 과도 회절 격자의 효과를 간섭성 레이저로 모니터링합니다.그것은 실시간 홀로그래피의 한 형태이다.
  • 광열 방출은 흡수의 결과로 발생하는 샘플 적외선 광도의 증가를 측정합니다.샘플 방출은 Stefan의 열 방출 법칙을 따릅니다.이 방법은 고체 및 층상 물질의 열 특성을 측정하는 데 사용됩니다.
  • 광열 단입자 현미경 검사.이 기술은 영상촬영 및 상관분광학용 구형 대칭 열렌즈를 만들어 단일 흡수 나노입자를 검출할 수 있게 한다.


광열편향분광법

광열편향분광법은 매체의 빛 가열에 따른 굴절률 변화를 측정하는 분광법이다.이는 굴절률 구배가 시험 시료 표면 근처에 존재하는 일종의 "미라지 효과"[1]를 통해 작용한다.프로브 레이저광은 표면 근방의 투명 매체의 온도 구배에 비례하여 굴절 또는 굴절된다.이 편향으로부터 흡수된 들뜸 방사선의 측정을 결정할 수 있다.이 기술은 광학적으로 얇은 검체를 연구할 때 유용합니다. 흡수가 발생하고 있는지 여부에 대한 민감한 측정값을 얻을 수 있기 때문입니다.이것은 "통과" 또는 전송 분광법을 사용할 수 없는 상황에서 가치가 있습니다.

PDS에는 두 가지 주요 형태가 있습니다: Collinear와 Transverse.Collinear PDS는 A.C.에 의해 1980년 논문에서 도입되었습니다.보카라, D포니어 [2]등공선에서는 두 개의 빔이 매체를 통과하고 교차합니다.펌프 빔이 재료를 가열하고 프로브 빔이 편향됩니다.이 기술은 투명 미디어에서만 작동합니다.횡방향에서는 펌프빔의 열이 지표면에 정상적으로 도달하고 프로브빔이 평행하게 통과합니다.이에 따라 프로브빔은 표면에서 반사되어 가열에 의한 좌굴을 측정할 수 있다.횡방향 PDS는 질소에서 수행될 수 있지만 액체 셀에서 더 나은 성능을 얻을 수 있습니다. 일반적으로 과불화탄소 같은 불활성 비흡수성 물질이 사용됩니다.

공선 및 횡방향 PDS는 기계식 초퍼를 통과하거나 함수 발생기로 조절되는 광빔 등의 주기적인 변조 광원을 사용하여 표면을 가열한다.다음으로 록인 앰프를 사용하여 변조 주파수에서 발견된 편향을 측정합니다.또 다른 방법은 들뜸원으로서 펄스 레이저를 사용한다.이 경우 박스카 평균을 사용하여 여기 방사선에 대한 프로브빔의 시간편향을 측정할 수 있다.신호는 주파수의 함수로 기하급수적으로 떨어지기 때문에 1~10Hz 정도의 주파수가 자주 사용됩니다.PDS 시스템의 완전한 이론적 분석은 1981년 [3]잭슨, Amer 등에 의해 발표되었다.이 논문은 또한 불순물과 물질의 [3]표면 위상에 대한 정보를 얻을 수 있는 "광열 편향 현미경법"이라고 불리는 현미경의 한 형태로서 PDS의 사용에 대해서도 논의했다.

박막의 PDS 분석은 유도 모드 공진 및 속삭임 갤러리 모드와 같은 광학 공진을 지원하는 패턴 기판을 사용하여 수행할 수도 있습니다.프로브 빔은 공진 모드로 결합되며 결합 효율은 입사각에 매우 민감합니다.광열효과에 의해 결합효율이 변화하고 박막흡수를 나타내는 특성이 있다.[4]


「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 그러나 진정한 신기루에서는 빛이 흙 근처의 매우 뜨거운 공기에 완전히 반사될 때까지 서서히 휘어진다.대신 반사가 없고 프리즘과 같은 굴절률 구배에 의해 광선이 매끄럽게 굴절된다.
  2. ^ Boccara, A.C.; Fournier, D.; Jackson, Warren; Amer, Nabil. (1980). "Sensitive photothermal deflection technique for measuring absorption in optically thin media". Optics Letters. 5 (9): 377–379. Bibcode:1980OptL....5..377B. doi:10.1364/OL.5.000377. PMID 19693234.
  3. ^ a b Jackson, W.B.; Amer, N.M.; Boccara, A.C.; Fournier, D. (1981-04-15). "Photothermal deflection spectroscopy and detection". Applied Optics. 20 (8): 1333–1344. Bibcode:1981ApOpt..20.1333J. doi:10.1364/AO.20.001333. PMID 20309309.
  4. ^ Zhao Y, Liu L, Zhao X, Lu M (2016). "Enhanced photothermal lens using a photonic crystal surface". Applied Physics Letters. 109 (7): 071108. Bibcode:2016ApPhL.109g1108Z. doi:10.1063/1.4961376.

외부 링크