mica
Para a realização dos experimentos, utilizando-se a espectroscopia de lente térmica, fez-se uso do arranjo experimental no modo descasado, represen- tado a seguir pela Fig. (3.5), onde He-Ne é o laser de prova; Mi (i = 1; 3) são espelhos; Ob é o obturador; Li (i = 1; 4) são lentes convergentes; PA é o porta-amostra e a unidade de aquecimento; Fi (i = 1; 2) são …ltros que permitem a passagem da luz do laser de prova em uma banda estreita de com- primento de onda; Fd1 e Fd2 são fotodiodos, MPC é um microcomputador e IK PCI 3108 é a interface Keythlei modelo PCI 3108.
Foram utilizados os laseres de Nd Y AG, fabricado por Coherent, modelo Compass 315M 100 com até 100 mW de potência nominal em 532 nm, como laser de excitação, e o laser de He N e, Uniphase, com 2 mW de potência nominal, como laser de prova.
Foram utilizados fotodiodos que possuem resposta linear para a variação de intensidade de luz e com tempo de resposta na escala de microssegun- dos. O fotodiodo Fd1 foi usado como mecanismo de disparo para iniciar a aquisição dos dados a partir do início da formação da lente térmica.
As amostras foram colocadas em uma unidade de aquecimento elétrico utilizando resistores, conforme representado na Fig. (3.6), sendo que as amostras líquidas foram colocadas em cubetas de quartzo acondicionadas no interior da unidade de aquecimento.
A temperatura da unidade de aquecimento foi controlada e monitorada por um controlador de temperatura LakeShore 340, através de um sensor PT 100. A abertura no centro da unidade de aquecimento permite a passagem dos dois feixes laser de modo que ambos estejam centralizados na amostra. As lentes L3 e L4 são montadas sobre transladores XY para permitir um perfeito alinhamento dos dois feixes. Todo sistema foi montado sobre uma mesa de aluminio, tamanho 0,90m x 0,90m, com super…cie aplainada e posteriormente
3.3. DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO DE LENTE TÉRMICA 45
Figura 3.5: Con…guração experimental de LT, duplo feixe, onda contínua e modo descasado.
fresada. Os furos passantes da mesa, todos para parafusos M6, tiveram seus …letes de roscas usinados em fresa, com cabeçote rosqueador, alinhado para que o macho rosqueador estivesse à 90o com a superfície da mesa. A
incidência do laser de excitação na amostra foi controlada por um obturador de luz da marca Melles Griot, acionado por sinais digitais provenientes da porta de saída digital da placa KPCI 3108.
O laser de prova, após passar pela amostra, é desviado para o fotodiodo que está conectado ao sistema de aquisição de dados. Um diafragma com abertura de 2 mm, foi colocado na frente e junto ao fotodiodo, possibilitando analisar somente o centro do feixe laser. O ângulo de inclinação do laser de prova na amostra é menor do que 2 , em relação ao feixe de excitação.
Figura 3.6: Corte transversal da unidade de aquecimento.
Para impedir que a luz ambiente ou do laser de excitação contribuísse para o sinal, um …ltro com banda passante em 632,8 nm, foi posicionado na frente do fotodiodo F2.
No Apêndice H encontramos os per…s dos laseres de prova e excitação (Fig. (H.1)), os dados geométricos do Espectrometro de LT construído, bem como os valores calculados para m e V . A medida dos per…s e os cálculos pertinentes forneceram m = 8; 73 e V = 231; 33. Como ilustração, na Fig. (3.7) mostramos um espectro de vidro de aluminato dopado com 2% de Nd. Para a realização dos experimentos, as seguintes instruções foram ado- tadas: a amostra é posicionada na cintura do feixe do laser de excitação e, à distância z1 da cintura do feixe do laser de prova. Em seguida, através
do espelho M3, realiza-se o alinhamento de modo que o centro do feixe do laser de prova passe pelo diafragma, que se encontra na abertura do fotodi- odo F2, maximizando-se o sinal no detector. Durante este processo, o feixe do laser de excitação …ca interrompido devido a um obturador posicionado
3.3. DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO DE LENTE TÉRMICA 47
Figura 3.7: Espectro de vidro de aluminato dopado com 2% de Nd. A difusividade está em pleno acordo com os dados da literatura (difere em menos que 2%). Apesar do valor de tc ser da ordem de micra, necessitamos
de mais de 100 tc para atingir o regime estacionário.
depois da lente L1. O próximo passo a ser seguido é fazer com que o feixe do laser de excitação passe através da amostra. Para que se obtenha um perfeito alinhamento, a lente L3 é ajustada de modo que o feixe do laser de excitação passe pelo centro do feixe do laser de prova. Nesta fase, duas situ- ações podem ocorrer: se a amostra apresentar um dn/dT negativo, o laser de prova torna-se mais divergente ao passar pela lente térmica da amostra e, portanto, o sinal no fotodiodo F2 diminui; caso contrário, ou seja, para dn=dT positivo, o feixe torna-se mais convergente, aumentando o sinal no de- tector. Portanto, o processo de alinhamento consiste sempre em minimizar o sinal do laser de prova após passar pela lente térmica quando dn=dT for negativo, ou maximizá-lo, se dn=dT for positivo.
Uma vez obtido o alinhamento, o experimento no modo transiente pode ser realizado automaticamente, com o controle eletrônico do obturador. Ao abri-lo, o sinal gerado no detector é armazenado em função do tempo, deste modo, a curva transiente da lente térmica é transferida para o computador. Um cuidado deve ser tomado para minimizar o possível atraso na geração do sinal, devido à velocidade de abertura do obturador. Isto pode interferir nos valores dos dados do início do transiente, que é a região mais importante para o ajuste dos dados obtidos á função sinal de LT. Para diminuir este efeito4 colocamos duas lentes L1 e L2, no caminho do feixe de excitação. A
primeira lente converge o feixe para um plano no qual é colocado o obturador. A segunda lente colima o feixe que incidirá na lente que focalizará o feixe na amostra. O obturador pode ser substituído por um "chopper"mecânico, e neste caso podemos realizar vários transientes por segundo, o que permite fazer médias melhorando a relação sinal/ruído.