DETERMINAÇÃO DO RAIO DE UM FEIXE DE LASER PELA TÉCNICA DE LENTE TÉRMICA

Tiago S. Rodrigues (IC), Marcos Gugliotti (PG), Mauricio S. Baptista (PQ), Mario Politi (PQ)

Departamento de Bioquímica, Instituto de Química, Universidade de São Paulo

palavras-chave: raio do feixe, lente térmica, bloqueio de feixe.

Introdução É indiscutível o atual papel do laser na química, sendo utilizado nas suas diversas áreas, produzindo reações químicas e possibilitando o estudo de reações em tempos cada vez menores. Diversos métodos espectroscópicos e analíticos (com em lente térmica, fotoacústica e Raman¹) têm sido revolucionados pelo uso do laser. Devido a tal importância na química, a caracterização do feixe de laser torna-se necessária. Por exemplo, os sinais de lente térmica e de ionização multi-fóton² são totalmente dependentes do raio do feixe. Já em outros métodos analíticos, como a eletroforese capilar e HPLC, pode-se maximizar os limites de detecção com o conhecimento do diâmetro do feixe.

Na literatura estão descritos vários métodos^3,4 para o cálculo do raio do feixe, sendo que as técnicas variam desde as mais simples, como o cálculo a partir do diâmetro do feixe antes de ser focado (pouco preciso devido a divergência do feixe e a dificuldade de uma medida exata do diâmetro inicial), passando por técnicas de execução um pouco mais elaboradas, como as de corte com lâmina e de bloqueio do feixe, sendo também encontrados métodos mais complexos, como por microscopia óptica de varredura de campo próximo⁵ e por um espectrômetro de massa time-of-flight⁶. Para alguns autores, porém, o cálculo desse parâmetro é considerado de difícil execução e pouco preciso⁷. Desta forma, o presente trabalho tem como objetivo mostrar um método simples de determinação do raio do feixe de laser focado por uma lente utilizando a técnica lente térmica.

Métodos Dois métodos serão comparados: o de bloqueio transversal de feixe e o de lente térmica. Nos dois experimentos realizados utilizou-se a mesma lente de 5 cm de distância focal e um osciloscópio para medir o sinal amplificado do fotodiodo. No ensaio de bloqueio transversal de feixe, uma íris com abertura de aproximadamente 0,5 mm corta o feixe perpendicularmente (eixo y) à sua direção de propagação (eixo z). A íris é deslocada por uma plataforma móvel em passos de 0,025 polegadas. Com a fenda circular alinhada ao eixo central do feixe, mede-se a intensidade da porção do feixe que atravessa a íris em diversos pontos, que então é focada no fotodiodo por uma lente com distância focal de 10 cm. O experimento é então repetido em vários pontos ao longo do eixo de propagação Z. O tamanho da fenda utilizada é um dos principais fatores de erro, pela dificuldade de se conseguir uma fenda circular de diâmetro muito pequeno.

Já no ensaio de lente térmica, foca-se o feixe na amostra e mede-se a variação de intensidade no centro do feixe com o fotodiodo. Com a instrumentação montada, fez-se uma varredura Z com uma amostra diluída de Níquel TetrasulfoFtalocianina Tetrassódica (NiTSPC) em água e acetona, medindo-se a intensidade inicial (I₀) e a intensidade após o efeito da lente na amostra (Iµ).

Resultados e Conclusões A partir dos dados obtidos no corte transversal fez-se, para cada posição, um gráfico da intensidade em função da distância percorrida pela íris bloqueando o feixe, que como esperado demonstrou um perfil gaussiano. Destes resultados calculou-se o raio do feixe em cada posição e foi feito um gráfico do raio em função da distância ao foco da lente (Figura 1). Obteve-se um valor de 51±10 µm para o raio do feixe no foco da lente. O grande erro da medida é relativo ao tamanho da fenda, que para pequenas medidas do raio se mostra ineficiente. Além disso o método se mostrou bastante trabalhoso e demorado, havendo a necessidade de se fazer medidas em várias distâncias do foco da lente para se conseguir um resultado mais exato.

Já no experimento de lente térmica fez-se uma varredura-Z e com os dados obtidos foi feito o gráfico da intensidade do sinal de lente térmica em função da distância do foco da lente (Figura 2). A partir desse gráfico foi calculado o raio do feixe no foco. O experimento foi repetido com diferentes solventes, e houve coincidência dos valores calculados. Com água como solvente, o raio calculado foi de 31.6±0.3 µm e para acetona o valor encontrado foi de 30.9±0.3µm. Além de ter se mostrado mais preciso que o método anterior, o cálculo por lente térmica é mais rápido e de fácil execução.

Bibliografia

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