Вимірювання температури мікрооб’єктів за допомогою спектру комбінаційного розсіювання світла

summary

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі висвітлено актуальність проблеми, обґрунтовано мету та основні завдання досліджень. Показано зв'язок роботи з науковими програмами та планами. Сформульовано наукову новизну отриманих результатів та показано їх практичну цінність, а також наведено дані про особистий внесок здобувача, апробацію результатів роботи та основні праці, опубліковані за темою дисертації.

У першому розділі на підставі аналізу літературних джерел та публікацій за напрямом дисертаційного дослідження розглянуто існуючі методи термометрії, базовані на реєстрації різних оптичних ефектів при взаємодії світлового жмута з поверхнею досліджуваного об’єкту. У всіх представлених методах реєструються параметри жмута, відбитого лише від лицьової поверхні зразка. Для непрозорих зразків, оптична товщина яких задовольняє умові αH >> 1, де α – коефіцієнт поглинання, H – товщина зразка, вимірювання можна проводити як при падінні світла по нормалі до поверхні, так і при падінні світла під кутом. У разі, коли матеріал прозорий і зразок має дві поверхні відбивання, зондування проводять під кутом до нормалі, щоб отримати просторове розділення жмутів, відбитих верхньою і нижньою поверхнями, і усунути потрапляння на фотоприймач світла, відбитого другою поверхнею. Такий метод зондування може застосовуватися в термометрії діелектриків.

Під час взаємодії світлового жмута з твердим тілом змінюються його параметри (інтенсивність, поляризація, частотний і кутовий спектри тощо). Ступінь зміни кожного з цих параметрів визначається властивостями як твердого тіла, так і жмута, а також умовами взаємодії. Зміна температури твердого тіла супроводжується зміною амплітуди коливань атомів у вузлах ґратки і, внаслідок цього, зміною міжатомних відстаней, що зумовлює температурні зміни оптичних параметрів. Вибір параметрів жмута, умов його взаємодії з об’єктом, а також умов реєстрації сигналу дозволяє здійснювати вимірювання багатьох температурно-залежних параметрів твердого тіла. Вимірювання температури з використанням лазерного випромінювання вимагає виявлення чутливого до зміни температури параметру твердого тіла. Під час опромінення досліджуваного об’єкта відбувається вимірювання параметра оптичним методом, а далі на основі відомих співвідношень між температурою і реєстрованим оптичним сигналом визначається температура. Ця послідовність базується на використанні зовнішнього зондуючого випромінювання, тобто діагностика є активною.

Явище комбінаційного розсіяння світла доцільно використовувати для діагностики твердих тіл. Даний метод чутливий не тільки до змін температури, але і до зміни складу і структури речовини. На цій основі розроблено й досліджено низку методів вимірювання температури твердих тіл. Донедавна метод комбінаційного розсіювання світла використовувався у різноманітних сферах: фармацевтиці, астрономії, хімічних технологіях, тощо.

У другому розділі

Методу комбінаційного розсіювання світла притаманні наступні особливості:

·                   частота власних коливань атомів впливає на частоту розсіяної хвилі;

·                   наявні лінії-супутники – дві групи ліній спектру, що розташовані симетрично відносно площини випромінювання. Лінії-супутники зміщені в червону (довгохвильову) сторону відносно довжини хвилі збуджуючого випромінювання названі «червоними» (стоксовими), а зміщені у фіолетову (короткохвильову) – «фіолетовими» (антистоксовими);

·                   спектральні лінії-супутники супроводжують кожну лінію збуджувального випромінювання;

·                   зміщення ліній-супутників за частотою щодо частоти збуджувального випромінювання, характеризує досліджуваний об’єкт і його склад;

·                   зі збільшенням значення температури інтенсивність антистоксових ліній швидко зростає.

Метод комбінаційного розсіювання світла має ряд переваг порівняно з іншими розглянутими методами. Найважливішими серед них є:

·                   низькі вимоги щодо чистоти поверхні досліджуваного зразка;

·                   значний обсяг отримуваної інформації;

·                   товщина зразка не впливає на результат вимірювання температури поверхні;

·                   незначний внесок чинників навколишньої атмосфери у раманівські спектри.