Кварцевые камертоны в ближнепольной оптической микроскопии и лазерной фотоакустической спектроскопии

• Автор: Серебряков, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Троицк
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Содержание:
I. Введение

1.1. Оптическая ближнепольная микроскопия

1.2. Постановка задачи к Главе

1.3. Фотоакустическая лазерная спектроскопия

1.4. Постановка задачи к Главе

Глава 1. Быстродействующий высокочувствительный датчик контакта зонд - поверхность для зондовой микроскопии

1.1. Электромеханическая модель камертона и ее параметры

1.2. Анализ быстродействия и чувствительности различных конструкций датчиков

1.3. Быстродействующий датчик на основе кварцевого камертона

1.4. Экспериментальная модель быстродействующего высокочувствительного датчика

1.5. Экспериментальные результаты, полученные с помощью датчика
1.6. Практическая реализация датчика
1.7.Сканирующий ближнепольный микроскоп на основе быстродействующего камертонного датчика
1.8. Выводы к главе
Глава 2. Применение кварцевых камертонов для лазерного фотоакустического детектирования газов
2.1. Принципы использования кварцевых камертонов для детектирования фотоакустического сигнала

2.2. Анализ результатов, полученных при детектировании различных газов с помощью кварцевого камертона (0ЕРА8)
2.3. Долговременная стабильность
2.4. Конструкция автономного газового детектора
2.5. Оптимизация фотоакустической ячейки
2.6. Лазерный микрофотоакустический датчик следовых количеств аммиака в атмосфере
2.7. Выводы к главе
Заключение
Ссылки

I. Введение.
Развитие оптических и спектроскопических методов исследования часто ставит задачи измерения сил в диапазоне нано- и пиконьютонов, как в качестве вспомогательного элемента системы, так и для непосредственного детектирования эффектов взаимодействия света с веществом. В данной работе рассматриваются две задачи, на первый взгляд весьма далекие одна от другой -ближнепольная оптическая микроскопия и лазерная фотоакустическая спектроскопия. Однако, они объединены необходимостью измерения слабых сил, в первом случае - для обеспечения сканирования поверхности оптическим зондом, во втором - для измерения фотоакустического сигнала в газе, возбуждаемого лазерным излученим. Для решения этих задач в качестве датчика силы в данной работе использовался кварцевый камертон.
В микроскопии такое решение позволяет создать высокочувствительный и быстродействующий датчик взаимодействия оптического зонда с поверхностью. Поскольку в таком датчике не используются оптические методы регистрации силы, то отсутствует паразитная засветка рабочего поля и отпадает необходимость в юстировке при смене оптического зонда.
При использовании камертона для детектирования фотоакустического сигнала появляется возможность создать миниатюрный датчик, малочувствительный к внешним акустическим помехам. Такой датчик требует для работы очень малый объем газа - менее 1 мм3. Повышенная по сравнению с «классическими» конструкциями надежность позволяет создавать на основе такого датчика системы газоанализа, пригодные для применения вне стен физической лаборатории.

диапазоне частот от до /о+Д. Чем больше допустимое значение Д, тем больше допустимая скорость сканирования поверхности и допустимые углы наклона элементов рельефа. (Вертикальная стенка или участок с углом наклона, большим, чем угол, образуемый поверхностью острия к оси зонда, являются особым случаем т.к. при этом возникает прямой контакт с боковой поверхностью зонда, приводящий к его поломке, но и тут, чем больше допустимое значение /и, тем быстрее системы микроскопа среагируют на возникновение недопустимых сил, снизив вероятность аварии.)
Рис. 13. Чертеж кварцевого камертона. У используемых в данной работе для изготовления датчиков камертонов /=3.75 мм, /=0.33 мм. =0.6 мм, g=0.3 мм.
В литературе кварцевые камертоны принято рассматривать в рамках электромеханической модели. Эта модель многократно проверялась как теоретически, так и экспериментально в различных исследованиях. В частности, в приложении к рассматриваемой теме, эта модель рассматривалась в работах [8] и [16]. Чертеж кварцевого камертона приведен на Рис. 13. Длина “рогов” камертона, используемого в нашей работе, составляет /=3.75 мм, толщина камертона /=0.33 мм, ширина «рога» гг=0.6 шт. Сила ТуТ) прикладывается перпендикулярно к вершине рога камертона, в плоскости его колебаний. Эквивалентная схема, применяемая для расчетов, связанных с кварцевыми резонаторами, в том числе и камертонного типа, приведена на Рис. 14. I - электромеханический аналог