Studie av Ramanspridning med en pulsad och en kontinuerlig laser

Sammanfattning

Sedan dess upptäckt under 1920-talet har Ramanspridning som metod för spektroskopisk klassificering av material vuxit avsevärt i både användbarhet såväl som tillgänglighet. Ramansignalen som genereras av den spontana Ramanspridningen kan gestaltas i ett Ramanspektrum, där varje topp motsvarar en molekylär vibration i materialet. En metod för icke-linjär Ramanspektroskopi kallas stimulerad Ramanspridning, och har visats vara lämplig för icke-invasiv klassificering av molekyler i levande vävnad och liknande känsliga material. För att generera detta optiska fenomen, förkortat till SRS, måste våglängdsskillnaden mellan två laserljuskällor sammanfalla med intensitetstoppen i ett materials Ramanspektrum. Detta sker genom att lasrarna integreras i en optisk uppställning och simultant bestrålar ett prov. Den koherenta bestrålningen inducerar en intensitetsökning i det ena laserljuset, och en motsvarande intensitetsförlust i det andra. Genom denna process förstärks den annars svaga Ramansignalen, då minst 10% av det infallande laserljuset ger upphov till SRS. SRS-signalen måste därefter filtreras ut ur laserbruset som uppstår. I detta arbete konstrueras en experimentell uppställning med avsikt att generera SRS i ett prov dimetylsulfoxid, förkortat till DMSO. En Helium-Neon laser med våglängd 633 nm används, tillsammans med den pikosekundspulsade VisUV-lasern med våglängd 532 nm. Detta eftersom våglängdsskillnaden mellan dessa laserstrålar sammanfaller med intensitetstoppen omkring vågtal 2999 cm-1 i Ramanspektrumet för DMSO. Utöver SRS-uppställningen utförs andra tester, däribland tillämpningen av Ramanmikroskopi för att generera spektrum som kartlägger den spridda Ramansignalen. Som ytterligare introduktion till Ramanspektroskopi och de optiska instrument som ofta tillämpas inom området, konstrueras en optisk uppställning för att analysera den nya pikosekunds-pulsade laserns förmåga att inducera Ramanspridning i ett material. Trots att en SRS-signal inte kunde filtreras ut ur laserbruset uppfylls projektets huvudsyfte - att införskaffa kunskaper inom Ramanspektroskopi - tack vare de utförda testerna. Dessutom utförs beräkningar av den teoretiska irradiansen som krävs för SRS-generation. I jämförelse med en teoretisk gräns på 107 W/cm−2, uppnår VisUV-lasern en irradians omkring 200 W/cm−2 i DMSO-provet. Motsvarande beräkningar för HeNe-lasern ger en irradians omkring 5 W/cm−2. Dessa beräkningar lägger grunden för framtida arbete inom området.