Бесконтактная спектроскопия комбинационного рассеяния света с использованием Y-образных зондов

УДК 534.211

БЕСКОНТАКТНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ Y-ОБРАЗНЫХ ЗОНДОВ

А. П. Гончаров, В. С. Горелик1

В работе предложен бесконтактный метод регистрации спектров комбинационного рассеяния света органических и неорганических соединений, основанный на использовании Y-образных волоконно-оптических зондов. Зарегистрированы спектры комбинационного рассеяния, ряда органических и неорганических соединений при возбуждении второй оптической гармоникой (532 нм) лазера, YAGM+.

Ключевые слова: зонд, вторичное излучение, миниспектрометр. комбинационное рассеяние. фотолюминесценция.

В настоящее время весьма актуальной является задача разработки бесконтактного экспресс-метода анализа предельно малого количества молекулярных сред. В работе ставилась задача реализации такого метода на основе регистрации спектров вторичного излучения, включая комбинационное рассеяние (КР) и фотолюминесценцию (ФЛ).

Схема созданной экспериментальной установки приведена на рис. 1. В качестве источника возбуждения использовалась вторая оптическая гармоника лазера YAG:Nd3+ (1) с длиной волны 532 нм. Возбуждающее излучение, поступающее по входному каналу Y-образного зонда (2). фокусировалось при помощи системы линз (3) на анализируемом соединении, находящемся на подложке (4). Вторичное излучение при помощи выходного канала Y-образного зонда передавалось на вход системы регистрации. При высокой интенсивности возбуждающей линии лазера в спектре вторичного излучения использовалась система фильтрации (5). Регистрация вторичного излучения осуществлялась при помощи малогабаритного миниспектрометра S-150 (7), осуществлявшего регистрацию спектра в диапазоне 527 837 нм. В работе исследовались размельченные порошки

Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук.

1 E-mail: gorelik@sci.lebedev.ru

номер 5, 2010 г.

Краткие сообщения по физике ФИАН

органических и неорганических веществ: сера, К2Сг04, КЮз, С24Н16О2 (РОРОР), С15Нх^О (РРО), (С6Н5СН)2 (стильбен). Время экспозиции составляло 1-10 с. Мощность возбуждающего излучения составляла 50-200 мВт.

Рис. 1: Блок-схема экспериментальной установки: 1 - Nd:YAG лазер, вторая гармоника (532 нм); 2 - оптический зонд; 3 - система линз; 4 ~ подложка с исследуемым образцом; 5 - система фильтрации; 6 - световод; 7 - миниспектрометр S150; 8 - USB кабель; 9 - компьютер.

Рис. 2: Спектр КР РОРОР.

Рис. 3: Спектр КР серы.

На рис. 2, 3 представлены зарегистрированные спектры КР серы и РОРОР, находящихся в ультрадисперсной форме. На этих спектрах линии КР обозначены стрелками; а положение возбуждающей линии лазера - пунктиром. Для возбуждения спектров ФЛ молекулярных сред может быть использована аналогичная установка с волоконно-оптическим зондом.

При этом в качестве источников возбуждающего излучения могут быть применены полупроводниковые светодиодьт и лазеры с волоконно-оптическим выводом излучения с различными длинами волн: 266, 280, 365, 382. 410. 463, 527 и 680 нм.

Таким образом. В ДсШНОИ работе показано, что метод, основанный на использовании волоконно-оптических У-образных зондов, позволяет осуществлять бесконтактную экспресс-регистрацию (с экспозицией 1 10 с) спектров вторичного излучения предельно малых количеств вещества (до 1мкг). Разработанный метод регистрации спектров КР и ФЛ открывает возможность для создания малогабаритных лазерных анализаторов химических соединений, необходимых для решения многих практических задач.

Работа выполнена при поддержке РФФИ; Гр сШТЫ 08-02-00114, 09-02-00582, 1002-00293; 10-02-90042; а также Программы Л"2 27 Президиума РАН "Основы фундаментальных исследований нанотехнологий и наноматериалов".

ЛИТЕРАТУРА

[1] В. С. Горелик, И. А. Рахматуллаев, Журнал технической физики 75(1). 61 (2005).

[2] А. П. Гончаров, В. С. Горелик, А. В. Кравцов, Журнал технической физики 77(11). 78 (2007).

По материалам Я Всероссийской молодежной школы-семинара "Инновационные аспекты фундаментальных исследований по актуальным проблемам физики", Москва, ФИАН, октябрь 2009 г.

Поступила в редакцию 27 апреля 2010 г.