Caminho Óptico e Espectrômetros

Apresentação em tema: "Caminho Óptico e Espectrômetros"— Transcrição da apresentação:

1 Caminho Óptico e Espectrômetros
Espalhamento Raman Caminho Óptico e Espectrômetros

2 Montagem experimental típica

3 O espectro eletromagnético
curto longo molécula de água proteína vírus bactéria célula bola de baseball casa campo de futebol comp. de onda (em metros) tam. de um nome comum da onda fontes freqüência (Hz) energia de um fóton (eV) baixa alta ondas de rádio micro-ondas infravermelho ultravioleta visível raios-x “duros” raios-x “moles” raios gama cavidade rf forno pessoas lâmpadas máq. de raios-x elementos radiativos rádio FM rádio AM radar ALS Não tem limites definidos e nem lacunas.

4 Componentes ópticos

5 Montagem experimental típica

6 Refletividade: espelhos

7 Refletividade: espelhos

8 Montagem experimental típica

9 Filtro espacial

10 Holographic Laser Bandpass Filters

11 Filtros: Absorção em materiais ópticos

12 Absorção em materiais ópticos

13 Filtros: Vidros coloridos
Nestes filtros a absorção ocorre por dois processos: absorção iônica e espalhamento coloidal. Absorção iônica: óxido de níquel (púrpura), óxido de cobalto (azul), óxido de cromo (verde). Espalhamento coloidal: elementos inorgânicos ou sais formam micro-cristais no vidro, os quais espalham ou absorvem certos l.

14 Vidros coloridos

15 Filtros de densidade neutra

16 = Interferência Luz solar (branca) composta (cores) refração
Arco-íris Bolha de sabão = refração interferência

17 Interferência Þ superposição
construtiva destrutiva Óptica ondulatória

18 Aplicações Filmes anti-reflexivo para lentes, espelhos dielétricos, filtros de interferência, etc

19 Interferência em filmes finos
Cores interf. reflex. 2 interfaces Espessura aprox. comprim. de onda (l) Espessura > Þ coerência < (da fonte)

20 Se r1 e r2 fora de fase ac escura
incidente transmitido refletido 2 refletido 1 filme n2 n1 n3 a c b i r1 r2 q Claro ou escuro? L Se r1 e r2 em fase ac clara Se r1 e r2 fora de fase ac escura Se q » dif. de caminho » 2L 2L não basta! DL em meio diferente do ar Þ dif. l Reflexão pode Þ mudança fase

21 Mudanças de fase causadas por reflexão
Refração fase não muda Reflexão fase pode mudar antes depois antes depois Caso da óptica: Reflexão mudança de fase Meio com n menor 0 Meio com n maior 0,5 l (ou p)

22 Supondo: n2 > n3 e n2 > n1 !!!!
Retomando a figura: n2 n1 n3 a c b i r1 r2 q não inverte inverte Supondo: n2 > n3 e n2 > n1 !!!!

23 Equações para a interferência em filmes finos
f causado por: Reflexão 1 das ondas Diferença de percurso Propagação em meios com n diferentes Supondo: n2 > n3 e n2 > n1 !!!! Reflexão r1 r2 0,5 l 0 Dist. percorrida 2L n dist. Percorrida n2

24 Equações para a interferência em filmes finos
Þ Em fase: 2L=(número impar/2) (l/n2) fora: 2L=(número inteiro) (l/n2) Logo: (max-claro) (min-escuro) ATENÇÃO: Ainda supondo: n2 > n3 e n2 > n1 !!!! Caso contrário as equações podem ser invertidas.

25 Filtros de interferência

26 Filtros de interferência

27 Filtros de interferência

28 Montagem experimental típica

29 Lentes: Aberração cromática

30 Lentes acromáticas Dubletos ® n diferentes

31 Aberração esférica

32 Lentes asféricas Curva corrigida

33 Montagem experimental típica

34 Montagem experimental típica
Holographic Notch and SuperNotch® Filters

35 Montagem experimental típica

36 Espectrômetro: esquema

37 Espectrômetros: Tutorial

38 Redes de difração Grande número de fendas (ranhuras) Rede de difração

39 10 fendas 5 fendas

40 Redes de difração (máx. linhas) ordem m 1 1 2 2 Laser de He-Ne

41 Largura das linhas Capacidade de resolver Þ largura das linhas
(meia-largura da linha em q)

42 Redes de difração: dispersão e resolução
Dispersão (D): separação de l próximos (definição) E numa rede de difração?

43 Para a rede: Diferenciando: Para ângulos pequenos: Logo:

44 Resolução (R): largura de linha
(definição) Para a rede: Lembrando que: Temos então: Ou:

45 Comparação entre dispersão e resolução
Rede A intensidade 13,4 q (graus) Rede B intensidade l = 589 nm e m = 1 13,4 q (graus) Rede C intensidade 25,5 q (graus)

46 Abertura numérica N.A. = n sen q Descreve a capacidade de coletar luz.
Quanto maior a N.A., maior fluxo de radiação é coletado

47 F/# F/# = 1/(2 n sen q) = 1/(2 N.A.)
Quanto menor o F/# maior o fluxo de radiação coletado

48 Fastie-Ebert Configuration

49 Czerny-Turner Configuration

50 Choosing a Monochromator/Spectrograph
Select an instrument based on: A system that will allow the largest entrance slit width for the bandpass required. The highest dispersion. The largest optics affordable. Longest focal length affordable. Highest groove density that will accommodate the spectral range. Optics and coatings appropriate for specific spectral range. Entrance optics which will optimize etendue. If the instrument is to be used at a single wavelength in a non-scanning mode, then it must be possible to adjust the exit slit to match the size of the entrance slit image. Remember: f/value is not always the controlling factor of throughput. For example, light may be collected from a source at f/1 and projected onto the entrance slit of an f/6 monochromator so that the entire image is contained within the slit. Then the system will operate on the basis of the photon collection in the f/l cone and not the f/6 cone of the monochromator.

51 Montagem experimental típica

52 Detectores: Efeito fotoelétrico
hn = f + K (Einstein 1905)

53 Fotomultiplicadora

54 Fotomultiplicadora

55 Semicondutores

56 Semicondutores A) hn1 > energia do gap B) hn2 < energia do gap

57 Junções PN

58 Fotodiodos Fotodiodos são constituídos de junções PN trabalhando em polarização reversa.

59 Multicanal: CCD (charge coupled device)

60 Multicanal: CCD

61 Multicanal: CCD

62 Multicanal: CCD

63 Espectrômetro: Renishaw (química UFPR (CT-Infra))

64 Espectrômetro: Renishaw (química UFPR (CT-Infra))

65 Espectrômetros: Jobin-Yvon T64000

66 Jobin-Yvon T64000

67 Raman optical activity (ROA)
Lysozyme

68 HoloSpec ƒ/1.8i Holographic Imaging Spectrograph