Методика обработки экспериментальных данных.
Санкт-Петербургский государственный университет
Химический факультет
Кафедра лазерной химии
Поволоцкий А.В.
Исследование структуры халькогенидных стекол методом спектроскопии комбинационного рассеяния света.
Методическое пособие для лабораторного практикума
Санкт-Петербург
2006
Основы теории комбинационного рассеяния света.
Комбинационное рассеяние света (КР) представляет собой двухфотонный процесс, в котором один фотон 
1(k1) поглощается и один фотон 2(k2) излучается. Причем в процессе рассеяния система переходит из начального состояния 
в состояние 
, как показано на Рис. 1. Промежуточное состояние системы в процессе рассеяния часто рассматривается как виртуальный уровень, который может не совпадать со стационарным состоянием системы. Т.е. не происходит непосредственного поглощения или излучения энергии в виде фотонов с участием реальных энергетических уровней.
Удобно рассмотреть основы КР на примере молекулы. Если на молекулу падает излучение с энергией 
, тогда может происходить ряд процессов:
· Большая часть излучения (в случае непоглощающего вещества) будет проходить сквозь него.
· Небольшая часть излучения будет упруго рассеиваться (по всем направлениям без изменения энергии). Это явление известно как Рэлеевское рассеяние.
· Неупругое рассеяние (эффект комбинационного рассеяния) может проходить двумя путями:
|
|
|
Ø Рассеяние с энергией фотона 
- стоксово КР.
Ø Рассеяние с энергией фотона 
- антистоксово КР.
Спектр КР представляет собой набор частот стоксовых и антистоксовых компонент, симметрично расположенных относительно частоты линии возбуждения и не зависящих от ее величины. Необходимо отметить, что интенсивность стоксовых частот выше, чем интенсивность соответствующих им антистоксовых частот.
Методика измерения спектров комбинационного рассеяния света.
Существует несколько способов возбуждения комбинационного рассеяния света в образцах различной фазы. В зависимости от размеров, формы, оптических свойств (прозрачность в измеряемом диапазоне длин волн, полированность сторон), фазового состояния образца и т.д., могут применяться следующие способы освещения:
- освещение под углом 90о для образцов, имеющих форму параллелепипеда, либо помещенных в пробирки жидкостей, с хорошей прозрачностью в измеряемом диапазоне длин волн. Таким образом, возбуждается довольно большой объем образца и, как следствие, увеличивается интенсивность регистрируемого сигнала;
- освещение на просвет порошкообразных образцов, спрессованных в таблетки малой толщины. Толщина таблеток подбирается таким образом, чтобы проходящий лазерный луч полностью рассеивался, но оставалась возможность регистрировать КР- сигнал;
|
|
|
- обратное рассеяние применяется в случае непрозрачных образцов, полностью поглощающих лазерную возбуждающую линию. В этом случае лазерный луч фокусируется на поверхности образца либо обычной тонкой линзой (тогда происходит возбуждение малого "точечного" участка поверхности), либо цилиндрической линзой (в этом случае возбуждается узкая полоска поверхности);
- освещение под углом 45о. Представляет собой одну из конфигураций обратного рассеяния. Этот способ освещения позволяет в большей степени, чем предыдущий, избавиться от паразитного отраженного от поверхности образца лазерного излучения.
При исследовании халькогенидных стекол, активированных редкоземельными ионами, следует учитывать, что в области прозрачности в видимом диапазоне на спектр КР накладываются линии люминесценции РЗИ. Поэтому для возбуждения ХГС, активированных Er3+ необходимо использовать линию 476.5 нм. Эта линия лежит за краем фундаментального поглощения (~500 нм) ХГС, активированных Er3+, т.е. в непрозрачной области. Схема освещения представлена на рис. 2.
|
|
|
 |
Рис. 2. Оптическая схема возбуждения спектров КР в исследуемых образцах при освещении под углом в 45о.
1) входная щель монохроматора; 2), 4) линзы коллиматора; 3) зеркало; 5) предметный столик с осветительным отверстием; 6) исследуемый образец; 7) возбуждающий лазерный луч.
Полученные спектры пересчитываются в единицы "см-1" по формуле:
;
где 
- длина волны линии возбуждения, 
- длины волн регистрируемого спектра КР, - частота линии КР.
Методика обработки экспериментальных данных.
Современный подход к проблеме связи между колебательными спектрами и структурой стекол, который ограничивается рассмотрением записанных экспериментально КР спектров, является качественным подходом. Положение, амплитуда и форма спектральных линий в таких спектрах известны, но отличаются от истинных колебательных частот, интенсивностей и форм линий. Это различие связано с (I) оптической функцией, которая записывается экспериментально, а так же (II) с тем фактом, что записанный спектр определяется не только исследуемым материалом, но и условиями измерений. Качественные изучения КР спектров проводятся в основном в отношении новых типов стекол, для которых могут быть интересны даже примерные оценки положения и относительных амплитуд основных линий. Для традиционных неорганических типов стекол, наоборот, в основном интересны такие характеристики, как общее число полос внутри данного диапазона, точные частоты и интенсивности линий, а так же аналитическая форма линий. Эти свойства могут быть получены только из количественного анализа.
|
|
|
Количественный анализ КР спектров включает в себя несколько последовательных шагов. Первым шагом является преобразование записанного спектра в приведенный спектр, чьи параметры имеют физический смысл. Второй шаг связан с тем, что колебательные спектры неорганических стекол (не только оксидных, но халькогенидных и фторидных) как правило многополосные, так что линии всегда перекрываются. Поэтому, в общем случае полная процедура количественной обработки данных должна включать разделение многополосного спектра на отдельные полосы.
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 168; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!