Laser Precautions and Initial Tests of a Pulsed Laser Based Time-Gated Spectrometer
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/2785563Utgivelsesdato
2020Metadata
Vis full innførselSamlinger
- Institutt for fysikk [2698]
Beskrivelse
Full text not available
Sammendrag
Raman-spektroskopi er en metode for å bestemme den atomære sammensetningen til et stoff.Metoden er basert på Stokes-forskyvning i stoffets emisjonsspekter som følge av overganger mellom ulike kvantemekaniske tilstander. Målet med dette prosjektet var å lage en guide til et experimentelt oppsett for Raman-spektroskopi.
Det eksperimentelle oppsettet består av fire sub-enheter, og en detaljert brukermanual ble utarbeidet. Et python-program ble skrevet for å enkelt kunne håndtere experimentelle data fra dette oppsettet.
Raman-spektroskopi svært kraftige lasere, fordi intensiteten fra det spredde lyset er svært lav.Slike lasere kan påføre ekstreme skader på det menneskelige øyet, og ekspermetene må utføres under strenge sikkerhetsrutiner.Dette arbeidet gir en vitenskaplig basert sikkerhetsinstruksjon for oppsettet.
For å kunne bestemme spekteret til et stoff er det nødvendig med en god forståelse av spektroskopi-oppsettet. Særlig viktig er det å kartlegge forutsetningene som må til for at det skal oppføre seg som et lineært tidsuavhengig system. I utgangspunktet ble impulsresponsen til systemet antatt å være lineær tidsuavhengig, men ekperimentene viste at dette ikke gjaldt når forskjellie lukkertider ble brukt sammen, for lukkertider mindre enn 2 nanosekunder, eller for laserpulser med energier under 3.0 microjoule.
For å undersøke impulseresponsen ble det brukt tre forskjellige stoff med kjente stoffkarakteristikker. \ludox ble brukt for å produsere spredning, mens \rhodamine og ruthenium ble brukt til fluoresens. For hvert stoff ble lukkertid, tidsforsinkelse og pulsenergier endret på en systematisk måte og sammenliknet med hverandre. De viktigste funnene var begrensningene av \gls{LTI}-antagelsen, samt \ekspla laserenhetens begrensning med tanke på puls energi og tidsprofil.
Verdien av dette arbeidet er ikke begrenset til funnene nevnt her. Det nøye studeit av instruksjonsmanualer for utstyret har resultert i en brukermanual for et eksperimentelt oppsett som er trygt å bruke og som gir pålitelige reusultatert. Raman spectroscopy is a method for determining the atomic composition of a substance.The method is based on Stokes shift during photon scattering events — typically in thevisible spectrum — due to transitions between different quantum mechanical vibrationalstates. The aim of this project was to set up laser safety precautions and to give a guide toan experimental setup for Raman spectroscopy.The setup is an assembly of four sub-units, and a detailed user manual was developedand is presented in this work, together with a python program written to easily handle theexperimental data. The intensity of the scattered light is very low. For this reason Ramanspectroscopy utilizes powerful lasers. As lasers may do extreme damages to the humaneye, such experiments have to be carried out with strict safety precautions. This workprovides a scientifically based safety instruction for the assembly.Successful determination of the spectrum of the substance which is being investigateddepends on a good understanding of the spectroscopy assembly. Investigation of the cir-cumstances required for the assembly to behave as a linear time independent (LTI) is crit-ical to determine the requirements for adequate use of the spectroscopy assembly. Theimpulse response of the whole assembly was initially approximated as a linear time in-dependent system. However, the experiments showed that this assumption did not holdwhen different gate widths where used together, for gate widths below2.0 ns, or laserpulse energies below3.0μJ.For the investigation of the impulse response, three different substances with wellknown characteristics where used. The scattering events were obtained by a Ludox sam-ple, while the fluorescence was provided by Rhodamine 6G and a ruthenium based sample.For each substance the detection gate width, the detection gate delay and the laser pulseenergies where changed in a systematic manner, and the results where compared to eachother. The most important findings where limitations of the LTI approximation, the EksplaNL120 energy threshold and pulse shape.The value of this work is not limited to the findings mentioned above, but the carefulstudy of instruction manuals of the apparatus, in order to make a safe experimental setupwhere the user can be confident that the measurements are in agreement with what he orshe set out to explore.