Fizika | Fénytan, Optika » Akusztooptikai szűrő vizsgálata

10. sz Hallgatói mérés Akusztooptikai szűrő vizsgálata 1. Bevezetés 2. A rácsos spektrométer 3. Az akusztooptikai (AO) elvű spektrométer A. Az akusztooptikai effektus B. Az AO hangolható szűrö C. Az AO spektrométer 4. Mérési feladatok és kérdések A. A spektrométer működtetése F.1 F.2 B. A spektrométer kalibrálása F.3 F.4 F.5 C. Mérések a spektrométerrel F.6 F.7 1 AKUSZTOOPTIKAI SZŰRŐ VIZSGÁLATA 1. Bevezetés A spektrumanalízis az optikai mérési módszerek igen fontos csoportja, mivel • roncsolásmentes, valamint • érintésmentes (táv-) mérést tesz lehetővé. Tágabb értelemben spektrumanalízisen a teljes elektromágneses hullámhossz-tartományban (rádió- és mikrohullámoktól a gamma sugárzásig) végzett vizsgálatokat értjük, míg szűkebb értelemben a színképelemzés az infravörös és a látható hullámhossz-tartományt vizsgálja (IRS, VIS - infrared, visible spectroscopy). A spektroszkópiai módszereket a vizsgált

sugárzás szerint is feloszthatjuk: • Emissziós spektroszkópia: a sugárzó által kibocsátott és arra jellemző spektrumot vizsgáljuk. • Abszorpciós (A), transzmissziós (T) és reflexiós (R) spektroszkópia: az ismeretlen spektrumú mintát ismert spektrális eloszlású sugárzóval (S) világítjuk meg. A mért spektrumok a mintára jellemzőek, az egyes λ , hullámhosszakon mért A, T, R intenzitások kapcsolata a beeső intenzitással: I λ ,s = I λ ,T + I λ , A + I λ ,R . • Fluoreszcens spektroszkópia: a megvilágító forrással a mintát gerjesztjük és mérjük a minta által kibocsátott karakterisztikus sugárzást. A spektrumanalízisre szolgáló berendezés (spektrométer) felépítése szerint az alábbi két csoport egyikébe sorolható (1.1 ábra): • Egyutas felépítés: a mérésre egyetlen megvilágító nyalábot használunk. Mivel a rendszer optikai elemeinek nem egyenletes a spektrális átvitele, a mért spektrum (M) eltér a

valóditól (V). Egyutas rendszerben a referencia (R) a spektrométer minta nélkül mért spektrális átvitele, melyre a mért spektrumot normalizálni kell: I λ ,V = I λ ,M / I λ ,R . • Kétutas felépítés: a megvilágító nyalábot két részre osztjuk, a második nyaláb referencia, mely közvetlenül a detektorra jut. A valódi spektrum itt is normalizálással áll elő, azonban a felépítés előnye, hogy a referencia minden méréssel egyidőben előáll, vagyis kiküszöbölhető a fényforrás emissziójának időbeli ingadozása. Igen sokféle spektrométer létezik változatos alkalmazásokra (pl. csillagászat, anyagtudomány, környezetvédelem, minőségellenőrzés) 2 ismertetésük a labormérésnek nem tárgya. Az alapvető rácsos típus ismerete azonban elengedhetetlen az AO elvű berendezés működésének megértéséhez. a, b, 1.1 ábra Az egyutas (a) és a kétutas (b) felépítésű spektrométer 2. A rácsos spektrométer A rácsos

spektrométer a 2.1a ábra szerint fényforrást, kollimátor lencsét, nagyfelbontású optikai rácsot, fókuszáló lencsét, valamint a lencse fókuszsíkjában elhelyezkedő detektort, vagy detektorsort tartalmaz. A fényforrás fényét a mögötte elhelyezkedő lencse kollimálja, az így kapott nyaláb megvilágítja az optikai rácsot. Az optikai rács hullámhosszal összemérhető- fényáteresztő réseinek száma (N) és egymástól mért távolságuk (d) határozza meg a rács minőségét. A rácson a beeső nyaláb elhajlik (diffraktálódik), illetve a rács mögötti lencse fókuszsíkjában a különböző rácspontokból érkező nyalábok interferálnak, intenzitásmaximumokat és minimumokat eredményezve. Nem részletezve a diffrakciós és interferenciakép kialakulását az alábbi általános megállapításokat tehetjük: λ, • Konstruktív (intezitásmaximumot adó) interferencia hullámhosszon akkor jön létre, ha az interferáló nyalábok

úthosszkülönbsége λ egész számú többszöröse, d sin θ = mλ 2.1 • Eltérő ( λ , és λ ) hullámhosszakra eltérő a diffrakció szöge, így a fókuszsíkban az intezitásmaximumok eltérő helyekre esnek. Ezáltal lehetővé válik a két hullámhossz megkülönböztetése. A legkisebb megkülönböztethető hullámhosszkülönbség (Δλ ) adja a spektrométer λ λ hullámhosszon definiált R = felbontóképességét. Δλ 3 a, b, 2.1 ábra A rácsos spektrométer felépítése (a) és felbontása (b) Belátható, hogy akkor különböztethető meg λ és λ , ha a két intenzitásmaximum helye legalább a maximumok félértékszélességével (Δθ) eltér (2.1b ábra) A beeső nyaláb hely szerinti és a diffraktált nyaláb szög szerinti amplitúdó eloszlása a lencse fókuszsíkjában Fourier-transzformált párt alkotnak, így minél nagyobb a beeső nyaláb szélessége (Nd), annál kisebb a félértékszélesség Δθ = λ λ = D Nd cos θ 2.2

Ebből, valamint (2.1) λ szerinti deriválásával a felbontóképesség R= λ Δθ m = D= Nd cos θ = mN Δλ Δλ d cos θ 2.3 Az eszköz másik fontos paramétere az ún. szabad spektrális tartomány (FSR - free spectral range), mely azt a maximális hullámhossz-tartományt adja (Δλ FSR = λ max − λ min ) , mely a szomszédos diffraktált rendekben még éppen nem lapolódik át: (m + 1)λ = m(λ + Δλ FSR ) Δλ FSR = λ m 2.4 Ezek után, ha a rács utáni lencse fókuszsíkjába detektorsort helyezünk, azon megjelenik a rács alkotta spektrum. A spektrum egyetlen detektorral is detektálható, ekkor a rácsot forgatják λ függvényében úgy, hogy a beesési szög, illetve a rács effektív rácsállandójának változása miatt a diffraktált nyaláb helyben marad. 3. Az akusztooptikai (AO) elvű spektrométer Az AO spektrométer működésének megértéséhez először ismerkedjünk meg az AO jelenséggel, majd a spektrométer fő elemét képező ún. AO

hangolható szűrővel! 4 A. Az akusztooptikai effektus Ha akusztikus hullám (rugalmas mechanikai deformáció) terjed egy - ún. kölcsönhatási - közegben, abban periodikus sűrűségváltozás jön létre, mely egyben periodikus törésmutató változást is eredményez (fotorugalmassági effektus). Ez a változás az akusztikus hullám sebességével (v) haladó diffrakciós fázisrácsot (periodikus törésmutató változást) hoz létre, melynek rácsállandója egyenlő az akusztikus hullámhosszal (λ a ) , nagysága (δn ) pedig arányos az akusztikus hullám amplitúdójával (S) valamint a fotorugalmassági effektus nagyságával 2π ωa (p). A 31a ábra szerint terjedjen a k a = k a = = hullámszám λa vektorú, ωa υ körfrekveciájú akusztikus síkhullám az xy sík y 2πn 0 és λv ω0 paraméterű optikai nyaláb a θ 0 szöggel jelölt irányban. Az optikai nyaláb terjedését a közegben a irányában, míg a (vákuumban) λ v hullámhosszú k 0 =

n0k V = ∇ 2E(x, t ) = n 2 (y, t )∂ 2E(x, t ) c 2 ∂t 2 3.1 hullámegyenlet adja, ahol c a vákuumbeli fénysebesség, a közeg törésmutatója pedig n(y, t ) = n0 + δ n sin(ωa t − k a y ) alakú. Mivel az elektromágneses tér periodikus, így Fourier-sorba fejthető. Levezetés nélkül skaláris alakban, a sorfejtés után (3.1)-ből dEm kδ mka (sin θ B − sin θ 0 )Em + v n (Em−1 − Em+1 ) = j dx 2 cos θ 0 cosθ 0 3.2 adódik, ahol az m-ik diffraktált rend amplitúdója Em = Em (x ) , m = (0,±1,±2,. és a konstruktív interferenciát biztosító ún Bragg-szög a közegben mérve (vö. 21): sin θB = ka 2k 0 3.3 A (3.2) az AO kölcsönhatás alapegyenlete Hasonlóan az egyszerű optikai rácshoz itt is több diffraktált rend léphet fel (3.3) teljesülése (θ0 = mθB ) esetén. Azonban az AO szűrő működéséhez a csak egyetlen diffraktált nyalábot adó ún. Bragg-diffrakció megvalósítása szükséges (m=+1, vagy -1). Ez akkor jön létre, ha

• az akusztikus hullámhossz kicsi (hasonlóan a nagyfelbontú rácshoz, a szomszédos rendek egymástól távol képződnének, mivel θ 0 , nő); 5 • a rács L hosszúsága - az akusztikus hullámfront meghatározta ún. kölcsönhatási hossz - elegendően nagy (egymással csatolásban lévő optikai rácsok sorozatából kapott ún. vastag optikai rács, mely a magasabb rendek kialakulását a destruktív interferencia következtében gátolja). Az AO kölcsönhatás geometriája (a) A hullámszámvektordiagram izotróp Bragg-diffrakció esetén (b) A (3.3) tökéletesen azonos az optikai rács esetén kapott feltétellel és magában foglalja az impulzus megmaradását a kölcsönhatás során, melyre a hullámszám-vektorokkal írható: k 0 + mk a = k m 3.4 (3.4) szemléletesen az ún hullámszámvektor-diagrammal ábrázolható (3.1b ábra), ahol a kölcsönhatásban lévő hullámszámvektoroknak záródó háromszöget kell alkotniuk. (Az energia megmaradását

pedig ω0 + mωa = ωm feltétel adja. Ellentétben az egyszerű ráccsal, az AO rács v sebességgel mozog, így a Doppler-eltolódás miatt a diffraktált nyaláb frekvenciája mωa értékkel eltér a beesőétől.) Bragg-diffrakció esetén a diffraktált nyaláb normalizált intenzitása (3.2)-ből I1 = E1 (L )E1* (L ) = 1 + I0 = sin2 ⎛ k υ δnL π = sin2 ⎜⎜ 2 cos θ0 ⎝ λ υ cos θ0 M2PL ⎞⎟ 2H ⎟⎠ 3.5 ahol δ n és az akusztikus teljesítmény (P) a rugalmas deformációval (S) n30 υ SS * ρυ 3 SS * LH kifejezhető, δn = és P = (* a komplex konjugált; a 2 2 közeg sűrűsége ρ ; az akusztikus nyaláb keresztmetszete LH), és definiáltuk a diffrakció hatásfokára jellemző, csak anyagjellemzőket n6 ρ 2 ún. AO jósági tényezőt tartalmazó M 2 = 3 (ρυ ) 6 B. Az AO hangolható szűrö A hangolható szűrő az AO eszközök fiatal tagja, csak az utóbbi években került a katalógustermékek körébe. Legfontosabb sajátossága, hogy

keskeny spektrális átvitele elektronikusan változtatható (hangolható) széles hullámhossztartományban, vagyis változtatható rácsállandójú rácsként viselkedik. Nagy sebessége, kis teljesítményigénye és kis mérete (nincs mozgó elem) változatos felhasználásokat tesz lehetővé (pl. gyors, spektrálisan hangolható fényforrás; monokromátor; képelemzésben színbontó eszköz). Nagy diffrakciós hatásfoka speciális feladatokat is lehetővé tesz (pl. festéklézer, vagy lézerdióda külső rezonátoros spektrális hangolása). Hogyan alkalmazható megvalósítására? az AO effektus a szűrő-működés • Az AO elemek általában egy hullámhosszon működnek, lézer fényforrással. Az AO szűrőt ellenben széles spektrális tartományban (λ v,max − λ v,min ) kell működtetni. Így a fényforrás az adott tartományban - közel egyenletes emissziójú sugárzó Másrészt megfelelő AO kölcsönhatási geometria kialakítása szükséges. •

Az AO közegben a törésmutató-változás rácsállandója λ a , amely az akusztikus frekvenciával (f) változtatható. Emiatt a diffrakcióra más-más optikai hullámhossznál teljesül a Braggfeltétel. Így az eszköz keskeny spektrális átvitellel (Δλ v ) rendelkezik, és az átvitel maximuma változtatható. Cél a nagy spektrális felbontás (kis Δλ v ). • A spektrális jel detektálásához az eszközgeometriát úgy kell megválasztani, hogy a diffraktált nyaláb iránya ne változzon f (λ v,max − λ v,min ) hangolási függvényében ( θ1 a teljes tartományban). Ugyanakkor szükséges, hogy a beeső nyaláb θ 0 szögének változása ne rontsa le a szűrő átvitelét (a látószög nagy legyen). A fenti feltételek teljesíthetők speciális, ún. anizotróp kölcsönhatással, melyet ún. kettőstörő közegben lehet megvalósítani Ekkor (ellentétben a 3.1b ábrával) a diffrakciós és a beesési szög eltérő, mivel a diffraktált nyaláb

polarizációja 90°-kal megváltozik, így megváltozik a rá vonatkozó törésmutató (n1 ) értéke is (3.2 ábra) 7 3.2 ábra Az optimális anizotróp kölcsönhatás hullámszámvektor-diagramja Ha teljesül a (3.4) feltétel, a cella maximális transzmisszióját (3.5) adja Ha az illesztés nem tökéletes, a Δk hullámszám-vektor eltérés hatása a normalizált átvitelre: ⎡ sin (ΔkL ) ⎤ ⎢ ⎥ 2 T (Δk ) = I1 ⎢ ΔkL ⎥ ⎢ ⎥ 2 ⎣ ⎦ 2 3.6 Vagyis, az éppen beállított sávközépi hullámhossztól (λ v ) eltérő hullámhosszakra a transzmisszió lecsökken, ahogyan azt várjuk (szűrő-működés). A szűrő spektrális átvitele (Δλ v ) nem más, mint a T(Δk ) függvény hullámhosszban mért félértékszélessége (egyben az optikai rácsra (Δλ v ) nem kívánatos Δλ definiált megfelelője). Azonban növekedésében több tényező játszik szerepet: • Nagy optikai divergencia: a nyaláb nem tökéletes síkhullám, így nem egyetlen k 0

irányban terjed, hanem egy adott δθ0 szögtartományban. Ennek következtében a Bragg-feltétel szélesebb λ v tartományban teljesül. A divergenciát a hullámhossz és a forrásméret (mely síkhullám esetén a D λ nyalábátmérő) hányadosa adja: δθ0 = v . Kis δθ0 eléréséhez jól D kollimált (párhuzamos) megvilágító nyaláb szükséges. Az optikai divergencia hatása nagy látószögű szűrővel csökkenthető. Ezen követelmény teljesítéséhez szükséges, 8 hogy a vektor illesztetlenségre jellemző Δk ne változzon számottevően a beesési szög változásakor, vagyis δ Δk = 0 , δθ0 és δ Δk = 0 δφ0 kell legyen, mind a kölcsönhatási síkban 3.7 (θ0 ) mind a rá merőleges (φ0 ) irányban. Geometriailag ez azt jelenti, hogy a beeső és diffraktált nyaláb hullámszámvektor-felületeinek érintői párhuzamosak. A törésmutatók körrel (n1 = n0 ) , illetve ⎛ l cos 2 sin 2 ⎞ ⎜⎜ 2 = 2 + 2 ⎟⎟ írhatók le a

kölcsönhatás n0 ne ⎠ ⎝ n0 síkjában, ahol n0 = n0 (λ v ) és ne = ne (λ v ) az ordinárius és extraordinárius törésmutató. Látható, hogy a diffraktált nyaláb k 1 vektora is ellipszist ír le. Vagyis k a irányának θ a alkalmas választásával az érintőfeltétel teljesíthető. Ebből a geometriai megfontolásból az optikai hullámhossz és akusztikus frekvencia kapcsolatát adó hangolási karakterisztika közelítőleg ellipszissel f (λ σ ) = 1 υΔn(θ 0 , λ υ ) sin 4 θ 0 + sin 2 2θ 0 , λυ 3.8 ahol Δn(θ 0 , λ υ ) = n0 (θ0 , λ υ ) − n1 (λ υ ) a kettőstörés nagysága. • Nagy akusztikus divergencia: az optikai divergenciához hasonlóan az akusztikus nyaláb sem tökéletes síkhullám. Az akusztikus divergencia (δθa ) következménye szintén a Braggfeltétel teljesülése széles λ v tartományban. Egyszerűen megadható a szűrő felbontása feltéve, hogy a beeső optikai nyaláb jól kollimált, valamint a szűrő

látószöge nagy. Ekkor R és Δλ v az akusztikus divergenciával kifejezhető (a forrás ⎛ f Δn ⎞ ⎟⎟ : mérete L, valamint 3.4-böl ⎜⎜ = ⎝ υ λv ⎠ ⎛1 1 1 ⎞ λυ L Lf λυ2 1 R= = = = Δλυ ⎜⎜ , , ⎟⎟ ~ , Δλυ ~ υ Δλυ δθ a λa Δn(θ 0,λ0 )L ⎝ L f θ0 ⎠ 3.9 • A szűrő gyors hangolása is az átvitel kiszélesedését okozza, hiszen ekkor az optikai nyaláb átmérője mentén különböző akusztikus frekvenciák vannak jelen. 9 A mérésben használt szűrő geometriája a 3.3, hangolási görbéje és spektrális átvitele pedig a 3.4 ábrán látható 3.3 ábra Az AO szűrő geometriája 3.4 ábra Az AO szűrö hangolási görbéje és spektrális átvitele (felbontása) C. Az AO spektrométer Az AO spektrométer blokkvázlata a 3.5 ábrán látható Lelke az ismertett AO-szűrő. A szűrő kölcsönhatási közege tellúr-dioxid (TeO 2 ) , mely tetragonális szimmetriájú, nagy M2 -vel rendelkező egykristály. A szűrö

ultrahangkeltője piezoelektromos tulajdonságú lítium-niobát LiNbO3 lapka. Az AO szűrőt széles és (lehetőleg) egyenletes sugárzási spektrumú fényforrással világítjuk meg, esetünkben a vizsgált mintán keresztül (transzmisszió mérés). A fényforrást jól stabilizált tápegységről kell üzemeltetni az intenzitásingadozások elnyomása érdekében. 10 3.5 ábra Az AO spektrométer blokkvázlata (transzmisszió mérés) A szűrőt a teljes működési hullámhossztartományán végighangoljuk egy feszültségvezérelt oszcillátor (VCO-voltage controlled oscillator) segítségével. A VCO jele teljesítményerősítőre kerül, mely a szűrő meghajtásához szükséges szintű jelet ad. Az AO szűrő működése anizotróp kölcsönhatáson alapul, tehát a diffraktált és beeső nyaláb polarizációja merőleges, így keresztezett polarizátorokkal szétválaszthatók. Az eszköz tehát a bemenő polarizációra érzékeny, amit a mérésnél figyelembe

kell venni. A polarizátorok azonban nem oltják ki teljesen a nulladrendű nyalábot, ezért a további zajcsökkentést a detektor előtti réssel, valamint a működési tartományon kívül eső hullámhosszakat levágó passzív (interferencia) szűrővel biztosítjuk. A diffraktált nyalábot nagyerősítésű, fotovezetéses (negatívan előfeszített) üzem-módú, PIN struktúrájú Si fotodióda detektálja, kimenőjelét gyors, 12-bites A/D koverter digitalizálja. Az így átalakított és a minta optikai spektrumát hordozó jelet számítógép dolgozza fel, mely egyben az AO szűrőt is vezérli D/A konvertereken és a VCO egységen keresztül az erre a célra készített programmal. Az elmondottak szerint a rendszer 4 fő részre különül: 1. Fényforrás a tápegységgel; 2. Optikai egység (blende, AO szűrő, polarizátorok, passzív szűrő, fókuszáló lencse, rés és a detektor az erősítő áramkörrel); 3. Nagyfrekvenciás VCO és teljesítményerősítő a

szűrő vezérlésére; 4 Számítógép az A/D és D/A konvertereket tartalmazó illesztő és adatgyűjtő kártyával és a vezérlő/kiértékelő programmal. 11 A spektrométert mérés előtt kalibrálni kell, mely 3 fázisból áll: 1. Pozícionálás Az optikai egység elemei az optikai tengelyre vannak fűzve, a tengelyt a detektált diffraktált nyaláb határozza meg. A teljes egységet tehát el kell forgatni néhány fokkal az optikai tengelytől, hogy a beeső nyaláb pontosan Bragg-szögben érje a blendét. A beállítást célszerű keskeny, a szűrő felbontásával összemérhető, transzmissziós csúcsot adó mintával végezni. A szűrő helyzete akkor optimális, amikor a mért csúcs a legkeskenyebb (ekkor teljesül az érintő feltétel), ugyanakkor a detektált jel nagysága maximális. 2. Hitelesítés, a spektrométer hullámhossz szerinti kalibrálása Keskeny interferenciaszűrők segítségével legalább 3 ponton fel kell venni a (3.8), illetve 34

ábra szerinti hangolási görbét, melynek közelítése N mérési pont esetén N-edfokú polinommal történik. Az 1 és 2 beállításokat elegendő egy alkalommal elvégezni. 3. Normalizálás Mivel a rendszer egyutas és eredő optikai átvitele nem egyenletes a teljes hangolási tartományon, mérés előtt szükséges a minta nélküli (referencia) átvitel felvétele. A mérés során minden spektrumot a referenciagörbére normálni kell. A felépítés miatt azonban a fényforrás emissziójának időbeli ingadozásait nem lehet teljesen kiküszöbölni, így célszerű időközönként a referencia mérését elvégezni. λ -es struktúrák) alkotó 4 vékonyrétegek számának növekedésével az optikai spektrumban gyorsan változó (éles) szélsőérték-csúcsok alakulnak ki. A mért spektrum egyre pontatlanabbá válik, ahogy a spektrális csúcsok szélessége megközelíti a szűrő felbontását. Az összetett optikai mintákat (pl. A felbontást a szűrő

nemlineáris viselkedése is rontja, mivel Δλ 0 átvitele az akusztikus teljesítménytől is függ. Érthető, hiszen (35) alapján a cella diffrakciós hatásfoka "telítésbe" megy, a maximum közelébe érve. A szűrőt tehát a lineáris tartományban kell vezérelni, alacsony meghajtószinttel. Ennek ára természetesen az optikai jel/zaj viszony romlása. A telítéshez tartozó teljesítmény (35) alapján hullámhossz-függő. 4. Mérési feladatok és kérdések A. A spektrométer működtetése A mérések megkezdéséhez kapcsolja be a számítógépet! A teljes rendszer a számítógép tápegységéről üzemel. A gépen 2 pontból (C-Kalibráló rutin és M-Mérő rutin) álló menünek kell megjelennie. 12 F.1 Az AO spektrométer tanulmányozása Vegye le óvatosan az optikai egység tetejét! Tanulmányozza az egység belső felépítését! Rajzolja le az egyes optikai elemek elhelyezkedését és magyarázza meg szerepüket. F.2 • Tegyen fehér

papírlapot a fényútba a szűrő után. • Indítsa el a Kalibráló programot! (C. menüpont indítása, ekkor elindul a C:CALIBR könyvtárban lévő AOTC2.exe program A program induláskor megkeresi a vezérlőkártyát, a SETUP-file-t és a hangolási görbét. Ha valamelyiket nem találja, hibaüzenettel vár, ekkor célszerű a gépet újraindítani. • Ha mindent megtalált, a Press a key kérdésre bármely gomb megnyomásával a főmenübe léphetünk.) • A főmenüben indítsa el a CALIBRATEPOSITION menüpontot (C és ENTER, majd P és ENTER; az egyes menük a menünevek nagy kezdőbetűivel és az ENTER megnyomásával indíthatók)! • A program ciklikusan végighangolja a szűrőt a működési tartományon. • A menüből kilépni az ESCAPE megnyomásával lehet. • Ekkor a monitoron lévő görbe megnyomásával kinyomtatható. • Más gomb hatására a menüből kilépünk. • Figyelje meg a papíron kialakuló színeket! Mi a különbség az

AO szűrő által diffraktált (kimenő) optikai nyaláb és a rácsos spektrométer rácsa által diffraktált optikai nyaláb között? a Print? kérdésre a P Minden hangolási sorozat előtt a program kikapcsolja a VCO erősítőjét. Ekkor a detektorba jutó zajfény mérhető Ezért a színek csak minden második lámpafelvillanási sorozatban láthatók. B. A spektrométer kalibrálása A további mérésekhez helyezze vissza az optikai egység tetejét. F.3 Az AO szűrő meghajtó szintjének beállítása • Válassza ki a CALIBRATEAC. POWER menüpontot (A és ENTER a kalibrációs menüben)! Ekkor a program folyamatosan a teljes tartományban végighangolja a VCO-t, így az AO szűrőt is és minden hullámhosszon beállítja a szűrő optimális meghajtó szintjét. A monitoron megjelenik a rendszer minta nélküli átviteli görbéje. • A mérést a program 20 görbe felvételével hajtja végre, a mérésből az ESCAPE megnyomóval léphetünk ki. 13 •

Miért kell minden frekvencián az AO szűrő meghajtó szintjét beállítani? Változik-e a szűrő hatásfoka a hullámhosszal? F.4 • A CALIBRATEPOSITION kalibrálatlan átvitelét! • A mért görbe ESCAPE után a Print? kérdésnél a P megnyomásával kinyomtatható. Az átvitel mind hullámhosszban, mind amplitúdóban kalibrálatlan. A görbét a program a VCO-t vezérlő D/A konverter digitális bemeneteire adott számérték (12-bit: 0-4095) függvényében ábrázolja. • Miért kell a rendszert hullámhosszban és miért intenzitásban kalibrálni? Hogyan lehet a kétféle kalibrálást elvégezni? (Lásd: F.5 és F6 feladatokat) menüben vegye fel a szűrő F.5 A hangolási görbe felvétele. • Válassza ki a CALIBRATETUNINGCREATE funkciót (T és ENTER, majd C és ENTER a kalibrációs menüben)! A hullámhossz szerinti hitelesítéshez különböző, ismert hullámhosszakon áteresztő ún. interferencia szűrőket alkalmazunk. A hangolási görbe

felvétele legalább 4 (VCO hangolási érték - hullámhossz) koordináta-pár mérésével történik. Az egyes interferenciaszűrőket hullámhossz szerint növekvő sorrendben kell megmérni! (A rendelkezésre álló szűrők hullámhosszai: 560 nm zöld; 589 nm sárga; 652 nm világos piros; 745 nm, vörös). • • Helyezze a szűrőt a rugós leszorítású mintatartóba, és így helyezze a fényútba az optikai egység fedelén lévő nyíláson keresztül! A minta pozicionálását ezzel biztosítjuk. • A CREATE menüben a program kérdése (Enter lambda of filter? válasz: Y) után • adja meg a hullámhosszt (3 számjegy, majd ENTER)! • Ezután a spektrumfelvétel a mérés leállításáig folyik. Addig mérjen, amíg viszonylag zajmentes görbét nem kap! • Leállítás (az ESCAPE megnyomása) után a program automatikusan megkeresi a szűrő átvitelének maximumát. Ha ez megfelelő, a Maximum OK? kérdésre adjon Y választ. Ha nem (N) lehetőség van

az éppen felvett spektrumon másik maximumot keresni a - (jobbra nyíl) megnyomásával (pl. több maximum, vagy zajos spektrum esetén). • • Ismételje meg a mérést a többi interferenciaszűrővel is! A mért spektrum a maximum megkeresése előtt is és utána is kinyomtatható ( Print? válasz: P). 14 • Nyomtasson ki néhány spektrumot! Ha nem adunk meg több hullámhosszt a program a meglévő - minimálisan 4 - értékből kiszámolja (interpolálja) a hangolási görbét. • Ha a hangolási görbéhez szükséges hullámhosszakat megmértük, kilépés az Exit? kérdésre adott Y válasszal. • A hangolási görbe az Enter title utasításnál a megadott könyvtárba és file-ba tehető (a teljes elérési út megadása szükséges, pl. C:CALIBRTUNINGDAT) • • Az elmentett hangolási görbe a TUNINGSHOW menüvel (T és ENTER, majd S és ENTER a kalibrációs menüből) megjeleníthető a megfelelő könyvtár és file-név beírásával (Enter

pathname utasításnál pl. C:CALIBRTUNINGDAT) • Rossz név megadásakor a Directory not found. New? kérdés jelenik meg, Y megadásával új név írható be. Megjeleníthetők a mérési pontok is (Add measurement points? válasz: Y). • A görbe a P megnyomásával kinyomtatható. • Nyomtassa ki a hangolási görbét! A hangolási görbe a Setup fileba (minden méréskor ez töltődik be automatikusan), vagy egy tetszőleges file-ba tehető a To SETUP (S), vagy To File (F) menüvel. Mi a hangolási görbe szerepe? A görbe menete és a rendszer elemeinek pontossága hogyan befolyásolja a hullámhossz beállítási pontosságot az egyes hullámhosszakon? Miért a VCO hangolási értéket mérjük a VCO frekvencia helyett? C. Mérések a spektrométerrel • Lépjen ki a kalibráló programból (a főmenüben az Exit kiválasztása, majd az Exit? kérdésre adott Y és ENTER utasítás) és • indítsa el a Mérő rutin (M. menüpont, mely a C:CALIBR könyvtárban

az AOTW2.exe programot indítja)! F.6 A rendszer átvitelének mérése A referencia- (normalizáló) átvitel felvétele. • Válassza ki a WATCH (a főmenüben W és ENTER) menüpontot! • Az így kinyílt menüben minta nélkül válassza ki vagy az AVER (mért görbék átlagolása), vagy a NOAVER (mérés átlagolás nélkül) funkciókat és vegye fel a normalizáláshoz szükséges átviteli görbét! 15 • A mérés befejezésekor a görbe automatikusan tárolódik. • A kapott görbe kinyomtatható. a Miért szükséges a (intenzitáskorrekciója)? Print? mért kérdésnél P megnyomásával spektrumok normalizálása F.7 Optikai minták transzmisszióspektrumainak felvétele. • Válassza ki a WATCHPROCEED funkciót! • A rendszer ezután folyamatosan felveszi és megjeleníti a normalizált - transzmisszióspektrumokat. A spektrumok az <ESCAPE> után P megnyomásával kinyomtathatók. • Mérje meg és nyomtassa ki a rendszer

normalizált átvitelét! • Milyen az ideális normalizált átvitel? • Mi lehet az eltérés oka? • Mérje meg és nyomtassa ki az optikai minták spektrumát. Hasonlítsa össze a mért görbéket a minták valódi spektrumával (maximumok, minimumok helye, értéke, szélessége). Próbáljon magyarázatot adni az eltérésre. 16