Entendre le son de la lumière - Applications des amplificateurs verrouillables en spectroscopie photoacoustique

Saviez-vous que la lumière peut créer du son ?

À la fin du XIXe siècle, le scientifique Alexander Graham Bell (considéré comme l'un des inventeurs du téléphone) a découvert le phénomène selon lequel des matériaux produisent des ondes sonores après avoir absorbé l'énergie lumineuse, connu sous le nom d'effet photoacoustique.

 

Alexander Graham Bell

Source de l’image : Technologie Sina

 

Après les années 1960, avec le développement de la technologie de détection des signaux faibles, des microphones très sensibles et des microphones piézoélectriques en céramique sont apparus. Les scientifiques ont développé une nouvelle technique d'analyse spectroscopique basée sur l'effet photoacoustique - la spectroscopie photoacoustique, qui peut être utilisée pour détecter les substances des échantillons et leurs propriétés thermiques spectroscopiques, devenant ainsi un outil puissant pour la recherche physicochimique sur les composés inorganiques et organiques, les semi-conducteurs, les métaux et les matériaux polymères. , etc.

 

 

Comment faire en sorte que la lumière crée du son ?

Comme le montre la figure ci-dessous, une source de lumière modulée par un monochromateur, ou une lumière pulsée telle qu'un laser pulsé, arrive sur une cellule photoacoustique. Le matériau à mesurer dans la cellule photoacoustique absorbe l'énergie lumineuse et le taux d'absorption varie en fonction de la longueur d'onde de la lumière incidente et du matériau. Cela est dû aux différents niveaux d'énergie des molécules atomiques constituées dans les différents matériaux, et le taux d'absorption de la lumière par le matériau augmente lorsque la fréquence ν de la lumière incidente est proche du niveau d'énergie hν. Les molécules atomiques qui sautent vers des niveaux d’énergie plus élevés après avoir absorbé la lumière ne restent pas aux niveaux d’énergie plus élevés ; au lieu de cela, ils ont tendance à libérer de l'énergie et à se détendre jusqu'à l'état fondamental le plus bas, où l'énergie libérée apparaît souvent sous forme d'énergie thermique et provoque une dilatation thermique et un changement de volume du matériau.

Lorsque l’on restreint le volume d’un matériau, par exemple en le plaçant dans une cellule photoacoustique, son expansion entraîne des changements de pression. Après avoir appliqué une modulation périodique à l’intensité de la lumière incidente, la température, le volume et la pression du matériau changent également périodiquement, ce qui entraîne une onde mécanique détectable. Cette oscillation peut être détectée par un microphone sensible ou un microphone piézoélectrique en céramique, c'est ce que nous appelons un signal photoacoustique.

 

Schéma de principe

 

 

Comment un amplificateur lock-in mesure-t-il les signaux photoacoustiques ?

 

En résumé, le signal photoacoustique est généré par un signal de pression beaucoup plus petit converti à partir d'une très petite chaleur (libérée par relaxation atomique ou moléculaire). La détection de signaux aussi extrêmement faibles ne peut nécessairement se faire sans amplificateurs synchrones.

 

En spectroscopie photoacoustique, le signal collecté par le microphone doit être amplifié par un préamplificateur, puis verrouillé sur le signal de fréquence dont nous avons besoin par un amplificateur verrouillable. De cette manière, un signal de spectroscopie photoacoustique à rapport signal/bruit élevé peut être détecté et les propriétés de l'échantillon peuvent être mesurées.

 

CIQTEK a lancé une série d'instruments de détection de signaux faibles basés sur sa profonde accumulation technologique et son excellente capacité d'ingénierie de produits dans le domaine de la mesure de précision quantique, et l'amplificateur numérique à verrouillage LIA001M est l'un d'entre eux, qui joue un rôle important dans la recherche. de l'optique, de la science des matériaux, de la technologie quantique, de la microscopie à sonde à balayage et des capteurs.

 

 

L'amplificateur de verrouillage CIQTEK LIA001M est un amplificateur de verrouillage numérique multifonctionnel hautes performances. Basé sur une conception matérielle avancée et une technologie de traitement du signal numérique, avec de riches interfaces d'entrée et de sortie analogiques, il combine l'amplificateur à verrouillage visuel, l'oscilloscope virtuel, le scanner de paramètres, le générateur de signal, le contrôleur PID et d'autres fonctions en un seul, simplifiant ainsi efficacement l'étude scientifique. flux de travail et dépendance à l’équipement, améliorant ainsi l’efficacité et la qualité de la recherche.

 

 Amplificateur verrouillable CIQTEK LIA001M