Optyka, wykład 2
advertisement
Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w zastosowaniach Wstep ˛ do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej Cz˛eść I: Optyka, wykład 2 wykład: Piotr Fita pokazy: Andrzej Wysmołek ćwiczenia: Anna Grochola, Barbara Pietka ˛ Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski 2014/15 Widmo światła Podstawy spektroskopii Plan 1 Widmo światła 2 Podstawy spektroskopii 3 Spektroskopia w zastosowaniach Spektroskopia w zastosowaniach Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w zastosowaniach Widmo światła Rozkład pola elektrycznego na fale płaskie: Z ∞ 1 E(t) = Ẽ(ω)eiωt dω 2π −∞ Amplitudy spektralne: Z ∞ Ẽ(ω) = E(t)e−iωt dt −∞ Widmo = ile mocy (energii) przypada na przedział cz˛estości dω w okolicy cz˛estości ω Ĩ(ω) ∼ |Ẽ(ω)|2 (Przypomnienie: nateżenie ˛ światła I(t) ∼ |E(t)|2 ) (Szczegóły na tablicy) Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w zastosowaniach Pomiar widma światła Spektrometr siatkowy źródło światła siatka dyfrakcyjna zwierciadła detektor (kamera CCD, linijka fotodiod) α β Interferencja konstruktywna: d(sin α − sin β) = mλ d [Wikimedia Commons] m - rzad ˛ interferencji Widmo światła Podstawy spektroskopii Pomiar widma światła Spektrometr siatkowy Praktyczna realizacja miniaturowego spektrometru (Ocean Optics) [Ocean Optics] Spektroskopia w zastosowaniach Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w zastosowaniach Pomiar widma światła Spektrometr pryzmatyczny Współczynnik załamania pryzmatu zależy od długości fali [Wikimedia Commons] n = n(λ) Dlaczego? O tym na kolejnych wykładach [http://vuihocly.freevnn.com] Widmo światła Podstawy spektroskopii Jednostki w spektroskopii Cz˛estość kołowa: ω [1/s] Cz˛estotliwość: ν = Długość fali: λ = c ν 1 T = ω 2π [Hz] [µm, nm] Energia: E = hν [J, eV, meV] Liczba falowa: ν̃ = 1 λ [cm−1 ] Spektroskopia w zastosowaniach Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w zastosowaniach Spektroskopia emisyjna i absorpcyjna I0(ν) Badana próbka ν I(ν) ν 2 1 emisja spontaniczna absorpcja A(ν) = log źródło światła Iem(ν) ν ν widmo emisji I(ν) I0(ν) widmo absorpcji Widmo światła Podstawy spektroskopii Pomiar widma absorpcji Spektrometr absorpcyjny Varian Cary 300 Spektroskopia w zastosowaniach Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w zastosowaniach Pomiar widma fluorescencji Spektrometr fluorescencyjny Quanta Master 40 (Serlabo Technologies) Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w zastosowaniach Badania struktury energetycznej Źródło informacji o budowie materii [patlah.ru Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia absorpcyjna Badania struktury energetycznej ↑ A portion of the polarisation spectrum of KCs recorded with circularly polarised pump laser beam [...] → The IPA potential curve of the 41 Π state in KCs (circles) [...] [J. Szczepkowski, A. Grochola, W. Jastrz˛ebski, P. Kowalczyk, Chem. Phys. Lett. 576, 10 (2013)] Spektroskopia w zastosowaniach Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia absorpcyjna Analiza składu gazów Analiza spalin silnika samochodowego K.-P. Mollmann, M. Vollmer 2013 Eur. J. Phys. 34. S123 Spektroskopia w zastosowaniach Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia absorpcyjna Analiza składu gazów Spaliny samochodu z lat 40-tych: Spektroskopia w zastosowaniach Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w zastosowaniach Spektroskopia absorpcyjna Sensory chemiczne Variation in the absorption spectra of 1 in water with increasing concentration of ATP [C. Li et al. Chem., Int. Ed., 2005, 44, 6371] Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w zastosowaniach Spektroskopia absorpcyjna Sensory chemiczne Changes in the UV-vis absorption spectra of (A) sensor N2 and (B) sensor N3 (20 µM) in HEPES buffered aqueous solution (20 mM, pH = 7.0) with increasing concentrations of Ag+ (0–200 µM) [T.Raj et al, RSC Adv. , 2014, 4, 5316] Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w zastosowaniach Spektroskopia w astronomii Badanie atmosfer gwiazd Fraunhofer i jego spektroskop zbudowany w 1814 roku [http://www.jvfg-cham.de] Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w zastosowaniach Spektroskopia w astronomii Badanie atmosfer gwiazd Widmo Słońca opisane przez Fraunhofera [American Institute of Physics] Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w astronomii Typy widmowe gwiazd [http://astrocosmosci.files.wordpress.com] Spektroskopia w zastosowaniach Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w zastosowaniach Spektroskopia w astronomii Oznaczanie wieku gwiazd The spectrum of SMSS 0313-6708 shows and absence of detectable Fe I lines (a) and is dominated by molecular features of CH (c). Panel b shows the vicinity of what should be one of the strongest iron lines in the UV/optical wavelength region. Brak linii absorpcyjnych żelaza pozwolił stwierdzić, że jest to najstarsza znana obecnie gwiazda [S. C. Keller et al, Nature 2014, 09.02.2014] Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w astronomii Badanie składu gazu miedzygwiezdnego ˛ [tutorvista.com] Spektroskopia w zastosowaniach Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w astronomii Badanie składu atmosfery planety pozasłonecznej [NASA] Spektroskopia w zastosowaniach Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w zastosowaniach Zastosowania spektroskopii fluorescencyjnej Detekcja śladowych ilości substancji Wykrywanie materiałów wybuchowych Fluorescamine 2,4-DAT [Horiba Jobin-Yvon] Excitation and emission spectra of 2,4DAT + fluorescamine at various dilutions, blanksubtracted, and all bandpasses = 10 nm. Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w zastosowaniach Zastosowania spektroskopii fluorescencyjnej Charakteryzacja materiałów – nanorurki weglowe ˛ [United States Patent 7074310] [Ceclilia Noguez, http://www.fisica.unam.mx] [Horiba Jobin-Yvon] Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w zastosowaniach Zastosowania spektroskopii fluorescencyjnej Medycyna - identyfikacja nowotworów Porównanie widm tkanki zdrowej i nowotworowej: [B. Mayinger, Am. J. Gastroenterol. 96, 2616 (2001)] Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w zastosowaniach Luminescencja w ciele stałym 2D bilayer QD Ga1-x Al x As x < 0.33 Ga 0.67 Al 0.33As GaAs Al As E Γ −Γ E Xdot 12.4 nm X E Γ − X XY 2.4nm PL intensity (arb. units) 10 nm 1.59 s 100xP0 p X- d 3xP0 XX X Pexc=P0 1.60 Fotoluminescencja kropki kwantowej dla różnej liczby ekscytonów w kropce kwantowej. X – pojedynczy ekscyton, XX – dwa zwiazane ˛ ekscytony, X− – trion = dwa elektrony + dziura. s,p,d – kolejne powłoki w kropce kwantowej oznaczane analogicznie do stanów wzbudzonych atomu wodoru. 1.61 1.62 Energy (eV) 1.63 1.64 [B. Pietka ˛ et al, Phys. Rev. B 87, 035310 (2013)] Widmo światła Podstawy spektroskopii Spektroskopia w zastosowaniach Luminescencja w ciele stałym Widma luminescencji polarytonów ekscytonowych Polaryton ekscytonowy = foton silnie sprz˛eżony z ekscytonem w mikrownece ˛ półprzewodnikowej . W wyniku sprz˛eżenia dostajemy górny i dolny polaryton (górny o wyższej i dolny o niższej energii). Na widmach widoczna jest luminescencja dla różnych katów ˛ emisji (pedów ˛ polarytonu). [B. Pietka] ˛