Слышание звука света – применение синхронных усилителей в фотоакустической спектроскопии
Знаете ли вы, что свет может создавать звук? В конце 19 века учёный Александр Грэм Белл (считающийся одним из изобретателей телефона) открыл явление, при котором материалы производят звуковые волны после поглощения световой энергии, известное как фотоакустический эффект. Александр Грэхем Белл Источник изображения: Сина Технология После 1960-х годов, с развитием технологий обнаружения слабых сигналов, появились высокочувствительные микрофоны и пьезоэлектрические керамические микрофоны. Ученые разработали новую методику спектроскопического анализа, основанную на фотоакустическом эффекте – фотоакустическую спектроскопию, которая может быть использована для обнаружения веществ проб и их спектроскопических тепловых свойств, став мощным инструментом физико-химических исследований неорганических и органических соединений, полупроводников, металлов, полимерных материалов. , и т. д. Как заставить свет создавать звук? Как показано на рисунке ниже, источник света, модулированный монохроматором, или импульсный свет, такой как импульсный лазер, падает на фотоакустический элемент. Материал, измеряемый в фотоакустической ячейке, поглощает энергию света, и скорость поглощения зависит от длины волны падающего света и материала. Это связано с разными энергетическими уровнями атомных молекул, составляющих разные материалы, и скорость поглощения света материалом увеличивается, когда частота ν падающего света близка к уровню энергии hν. Атомные молекулы, которые переходят на более высокие энергетические уровни после поглощения света, не остаются на более высоких энергетических уровнях; вместо этого они имеют тенденцию высвобождать энергию и релаксировать обратно в самое низкое основное состояние, где высвобождаемая энергия часто проявляется в виде тепловой энергии и заставляет материал термически расширяться и изменяться в объеме. Когда мы ограничиваем объем материала, например, упаковывая его в фотоакустическую ячейку, его расширение приводит к изменению давления. После применения периодической модуляции интенсивности падающего света температура, объем и давление материала также периодически изменяются, что приводит к появлению обнаруживаемой механической волны. Это колебание может быть обнаружено чувствительным микрофоном или пьезоэлектрическим керамическим микрофоном, который мы называем фотоакустическим сигналом. Принципиальная схема Как синхронный усилитель измеряет фотоакустические сигналы? Таким образом, фотоакустический сигнал генерируется гораздо меньшим сигналом давления, преобразованным из очень небольшого тепла (выделяемого в результате атомной или молекулярной релаксации). Обнаружение таких чрезвычайно слабых сигналов невозможно без синхронных усилителей. В фотоакустической спектроскопии сигнал, собранный с микрофона, необходимо усилить предусилителем, а затем синхронизировать его с нужным нам частотным сигналом с помощью синхронного усилителя. Таким образом, можно обнаружить сигнал фотоакуст...
