Escuchar el sonido de la luz: aplicaciones de amplificadores lock-in en espectroscopia fotoacústica

¿Sabías que la luz puede crear sonido?

A finales del siglo XIX, el científico Alexander Graham Bell (considerado uno de los inventores del teléfono) descubrió el fenómeno de los materiales que producen ondas sonoras tras absorber energía luminosa, conocido como efecto fotoacústico.

 

Alexander Graham Bell

Fuente de la imagen: Tecnología Sina

 

Después de la década de 1960, con el desarrollo de la tecnología de detección de señales débiles, aparecieron los micrófonos de alta sensibilidad y los micrófonos cerámicos piezoeléctricos. Los científicos desarrollaron una nueva técnica de análisis espectroscópico basada en el efecto fotoacústico: la espectroscopia fotoacústica, que puede usarse para detectar sustancias en muestras y sus propiedades térmicas espectroscópicas, convirtiéndose en una poderosa herramienta para la investigación fisicoquímica en compuestos orgánicos e inorgánicos, semiconductores, metales y materiales poliméricos. , etc.

 

 

¿Cómo podemos hacer que la luz cree sonido?

Como se muestra en la figura siguiente, una fuente de luz modulada por un monocromador, o una luz pulsada como un láser pulsado, incide sobre una celda fotoacústica. El material a medir en la celda fotoacústica absorbe energía luminosa y la tasa de absorción varía con la longitud de onda de la luz incidente y el material. Esto se debe a los diferentes niveles de energía de las moléculas atómicas constituidas en los diferentes materiales, y la tasa de absorción de luz por el material aumenta cuando la frecuencia ν de la luz incidente se acerca al nivel de energía hν. Las moléculas atómicas que saltan a niveles de energía más altos después de absorber luz no permanecen en los niveles de energía más altos; en cambio, tienden a liberar energía y relajarse de regreso al estado fundamental más bajo, donde la energía liberada a menudo aparece como energía térmica y hace que el material se expanda térmicamente y cambie de volumen.

Cuando restringimos el volumen de un material, por ejemplo, empaquetándolo en una celda fotoacústica, su expansión provoca cambios de presión. Después de aplicar una modulación periódica a la intensidad de la luz incidente, la temperatura, el volumen y la presión del material también cambian periódicamente, lo que da como resultado una onda mecánica detectable. Esta oscilación puede detectarse mediante un micrófono sensible o un micrófono cerámico piezoeléctrico, que es lo que llamamos señal fotoacústica.

 

Esquema del principio

 

 

¿Cómo mide un amplificador lock-in las señales fotoacústicas?

 

En resumen, la señal fotoacústica se genera mediante una señal de presión mucho más pequeña convertida a partir de calor muy pequeño (liberado por relajación atómica o molecular). La detección de señales tan extremadamente débiles no puede realizarse necesariamente sin amplificadores lock-in.

 

En espectroscopia fotoacústica, la señal recopilada del micrófono debe amplificarse mediante un preamplificador y luego bloquearse en la señal de frecuencia que necesitamos mediante un amplificador de bloqueo. De esta manera, se puede detectar una señal de espectroscopia fotoacústica de alta relación señal-ruido y se pueden medir las propiedades de la muestra.

 

CIQTEK ha lanzado una serie de instrumentos de detección de señales débiles basados ​​en su profunda acumulación de tecnología y su excelente capacidad de ingeniería de productos en el campo de la medición de precisión cuántica, y el amplificador digital lock-in LIA001M es uno de ellos, que desempeña un papel importante en la investigación. de óptica, ciencia de materiales, tecnología cuántica, microscopía de sonda de barrido y sensores.

 

 

El amplificador de bloqueo CIQTEK LIA001M es un amplificador de bloqueo digital multifuncional de alto rendimiento. Basado en un diseño avanzado de hardware y tecnología de procesamiento de señales digitales, con ricas interfaces de entrada y salida analógicas, combina el amplificador de bloqueo visual, el osciloscopio virtual, el escáner de parámetros, el generador de señales, el controlador PID y otras funciones en uno, simplificando efectivamente la investigación científica. flujo de trabajo y dependencia del equipo, mejorando la eficiencia y la calidad de la investigación.

 

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