Espalhamento Raman

Caminho Óptico e Espectrômetros

Montagem experimental típica

http://www.andor.com/learn/applications/?docid=64

O espectro eletromagnético

Não tem limites definidos e nem lacunas.

curtolongo

molécula de águaproteínavírusbactériacélula

bola de baseballcasa

campo defutebol

comp. de onda(em metros)

tam. de umcomp. de onda

nome comum da onda

fontes

freqüência(Hz)

energia deum fóton (eV)

baixa alta

ondas de rádio

micro-ondas

infravermelho ultravioletavisívelraios-x “duros”

raios-x “moles” raios gama

cavidade rf

fornomicro-ondas pessoas lâmpadas máq. de

raios-x

elementos radiativos

rádio FM

rádio AMradar

ALS

Componentes ópticos

Montagem experimental típica

http://www.andor.com/learn/applications/?docid=64

Refletividade: espelhos

Refletividade: espelhos

Montagem experimental típica

http://www.andor.com/learn/applications/?docid=64

Filtro espacial

http://www.newport.com/Optics/Optical%20System/1/3512/product.aspx

Holographic Laser Bandpass Filters

http://www.kosi.com/Holographic_Filters/laserbandpassfilters.php

Filtros: Absorção em materiais ópticos

Absorção em materiais ópticos

Filtros: Vidros coloridos

Nestes filtros a absorção ocorre por dois Nestes filtros a absorção ocorre por dois processos: absorção iônica e espalhamento processos: absorção iônica e espalhamento coloidal. coloidal.

Absorção iônica: óxido de níquel (púrpura), Absorção iônica: óxido de níquel (púrpura), óxido de cobalto (azul), óxido de cromo (verde).óxido de cobalto (azul), óxido de cromo (verde).

Espalhamento coloidal: elementos inorgânicos Espalhamento coloidal: elementos inorgânicos ou sais formam micro-cristais no vidro, os quais ou sais formam micro-cristais no vidro, os quais espalham ou absorvem certos espalham ou absorvem certos . .

Vidros coloridos

Filtros de densidade neutra

Interferência

Luz solar (branca) composta (cores)

Arco-íris Bolha de sabão

=refração interferência

Interferência superposição

construtiva

destrutiva

Óptica ondulatória

Aplicações

Filmes anti-reflexivo para

lentes, espelhos dielétricos,

filtros de interferência, etc

Interferência em filmes finos

Cores interf. reflex. 2 interfacesCores interf. reflex. 2 interfaces

Espessura aprox. comprim. de onda (Espessura aprox. comprim. de onda ())

Espessura > Espessura > coerência < (da fonte) coerência < (da fonte)

incidenteincidente

transmitidotransmitido

refletido 2refletido 2

refletido 1refletido 1

filmefilme

Claro ou escuro?Claro ou escuro?Se rSe r11 e r e r22 em fase ac clara em fase ac clara

Se rSe r11 e r e r22 fora de fase fora de fase ac escuraac escura

nn22nn11 nn33

aa

cc

bb

ii

rr11

rr22

Se Se 0 dif. de caminho 0 dif. de caminho 2L 2L2L não basta!2L não basta!1)1) L em meio diferente do ar L em meio diferente do ar dif. dif. 2)2) Reflexão pode Reflexão pode mudança fase mudança fase

LL

Mudanças de fase causadas por reflexão

Refração fase não mudaRefração fase não mudaReflexão fase pode mudarReflexão fase pode mudar

Caso da ópticaCaso da óptica::ReflexãoReflexão mudança de fasemudança de faseMeio com Meio com nn menor menor 00Meio com Meio com nn maior maior 0,5 0,5 (ou (ou ))

antesantes

depoisdepois

antesantes

depoisdepois

nn22nn11 nn33

aa

cc

bb

ii

rr11

rr22

inverteinverte

não invertenão inverte

Retomando a figura:Retomando a figura:

Supondo: nSupondo: n22 > n > n33 e n e n22 > n > n11 !!!! !!!!

Equações para a interferência em filmes finos

causado porcausado por::1.1. Reflexão 1 das ondasReflexão 1 das ondas2.2. Diferença de percursoDiferença de percurso3.3. Propagação em meios com n diferentesPropagação em meios com n diferentes

Supondo: nSupondo: n22 > n > n33 e n e n22 > n > n11 !!!! !!!!

ReflexãoReflexão rr11 rr22

0,5 0,5 Dist. percorridaDist. percorrida 2L2L nn dist. Percorrida dist. Percorrida nn22

Equações para a interferência em filmes finos

Logo:Logo:

Em fase: 2Em fase: 2LL=(n=(núúmero impar/2)mero impar/2) ((/n/n22))

fora: fora: 22LL==((nnúúmero inteiromero inteiro)) ( (/n/n22))

(max-claro)(max-claro)

(min-escuro)(min-escuro)

ATENÇÃOATENÇÃO: : Ainda supondo: nAinda supondo: n22 > n > n33 e n e n22 > n > n11 !!!! Caso contrário as !!!! Caso contrário as equações podem ser invertidasequações podem ser invertidas..

Filtros de interferência

Filtros de interferência

Filtros de interferência

Montagem experimental típica

http://www.andor.com/learn/applications/?docid=64

Lentes: Aberração cromática

Lentes acromáticas

Dubletos Dubletos n diferentes n diferentes

Aberração esférica

Lentes asféricas

Curva corrigidaCurva corrigida

Montagem experimental típica

http://www.andor.com/learn/applications/?docid=64

Montagem experimental típica

Holographic Notch and SuperNotch® Filters

Montagem experimental típica

http://www.andor.com/learn/applications/?docid=64

Espectrômetro: esquema

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Spectrometer_schematic.gif

Espectrômetros: Tutorial

http://www.horiba.com/us/en/scientific/products/optics-tutorial//?Ovly=1

Redes de difração

Grande número de fendas (ranhuras)

Rede de difração

5 fendas

10 fendas

Redes de difração

(máx. linhas)

ordem

0 11 22

m

Laser de He-Ne

Largura das linhas

(meia-largura da linha em )

Capacidade de resolver largura das linhas

Redes de difração: dispersão e resolução

Dispersão (D): separação de próximos

(definição)

E numa rede de difração?

Para a rede:

Diferenciando:

Para ângulos pequenos:

Logo:

Resolução (R): largura de linha

(definição)

Para a rede:

Lembrando que:

Temos então:

Ou:

Comparação entre dispersão e resolução

(graus)

(graus)

(graus)

inte

nsid

ade

inte

nsid

ade

13,4

25,5

13,4

Rede A

Rede B

Rede C

= 589 nm e m = 1

inte

nsid

ade

Abertura numérica

Descreve a capacidade de coletar Descreve a capacidade de coletar luz.luz.Quanto maior a N.A., maior fluxo Quanto maior a N.A., maior fluxo de radiação é coletadode radiação é coletado

N.A. = n sen N.A. = n sen

F/#

Quanto menor o F/# maior o fluxo Quanto menor o F/# maior o fluxo de radiação coletadode radiação coletado

F/# = 1/(2 n sen F/# = 1/(2 n sen ) = 1/(2 ) = 1/(2 N.A.)N.A.)

Fastie-Ebert Configuration

http://www.horiba.com/us/en/scientific/products/optics-tutorial/monochromators-spectrographs/

Czerny-Turner Configuration

http://www.horiba.com/us/en/scientific/products/optics-tutorial/monochromators-spectrographs/

Choosing a Monochromator/Spectrograph

Select an instrument based on:•A system that will allow the largest entrance slit width for the bandpass required. •The highest dispersion. •The largest optics affordable. •Longest focal length affordable. •Highest groove density that will accommodate the spectral range. •Optics and coatings appropriate for specific spectral range. •Entrance optics which will optimize etendue. •If the instrument is to be used at a single wavelength in a non-scanning mode, then it must be possible to adjust the exit slit to match the size of the entrance slit image. •Remember: f/value is not always the controlling factor of throughput. For example, light may be collected from a source at f/1 and projected onto the entrance slit of an f/6 monochromator so that the entire image is contained within the slit. Then the system will operate on the basis of the photon collection in the f/l cone and not the f/6 cone of the monochromator.

http://www.horiba.com/us/en/scientific/products/optics-tutorial/monochromators-spectrographs/

Montagem experimental típica

http://www.andor.com/learn/applications/?docid=64

Detectores: Efeito fotoelétrico

hh = = + K (Einstein 1905) + K (Einstein 1905)

Fotomultiplicadora

Fotomultiplicadora

Semicondutores

Semicondutores

A) hA) h11 > energia do gap > energia do gap

B) hB) h2 2 < energia do gap< energia do gap

Junções PN

Fotodiodos

Fotodiodos são constituídos de Fotodiodos são constituídos de junções PN trabalhando em junções PN trabalhando em polarização reversa. polarização reversa.

Multicanal: CCD (charge coupled device)

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5b/CCD_3Phases_3D-Layout.png

Multicanal: CCD

http://www.jiscdigitalmedia.ac.uk/images/ccd_fill_factor_big.gif

Multicanal: CCD

Multicanal: CCD

http://www.horiba.com/us/en/scientific/products/optical-spectroscopy/detectors/multi-channel/iccds/details/iccd-detectors-220/

Espectrômetro: Renishaw (química UFPR (CT-

Infra))

Espectrômetro: Renishaw (química UFPR (CT-

Infra))

http://spectra.phy.bris.ac.uk/Media/InVia%20anime.gif

Espectrômetros: Jobin-Yvon T64000

http://www.lcvn.univ-montp2.fr/instrumentation/Presentation_Appareils/Instruments/Raman_fiche/J_Y_T64000.html

Jobin-Yvon T64000

http://www.lcvn.univ-montp2.fr/instrumentation/Presentation_Appareils/Instruments/Raman_fiche/J_Y_T64000.html

Raman optical activity (ROA)

http://www.chem.gla.ac.uk/staff/laurence/recent_roa_talk.ppt#259,13,Hen Lysozyme

HoloSpec ƒ/1.8iHolographic Imaging

Spectrograph

http://www.kosi.com/Raman_Spectroscopy/holoSpecf18i.php?ss=600