A influência de parâmetros geométricos do laser de excitação na técnica de lente térmica

Abstract

Resumo: Quando uma onda eletromagnética incide sobre um dado material diversos efeitos podem ocorrer dependendo das propriedades físicas deste material. Um deles é de grande interesse para as análises das propriedades ópticas e térmicas, e é conhecido como efeito fototérmico. A base da técnica de lente térmica (LT) consiste neste efeito e desde a sua descoberta a lente térmica se tornou uma poderosa ferramenta para a descrição de propriedades termo-ópticas de uma grande quantidade de materiais, sejam eles líquidos ou sólidos. Entretanto, por mais abrangente que fosse, todos os modelos que surgiram ao longo dos anos sempre partiam do pressuposto de que o raio do feixe do laser não variava ao atravessar a amostra. Afim de verificar a validade de considerarmos esta condição, desenvolvemos aqui um modelo para o modo descasado que considera uma dependência azimutal no raio do feixe de excitação. A obtenção da expressão de intensidade nos permitiu realizar diversas simulações para verificar o nosso modelo e fazer uma comparação com dados obtidos experimentalmente. Concluímos que a consideração do raio constante ao atravessar a amostra é válida desde que a razão entre a distância confocal e a espessura da amostra seja suficientemente grande, ou seja, desde que a distância confocal seja maior do que a espessura da amostra. Do contrário o modelo proposto deve ser empregado para melhor descrever os parâmetros físicos da amostra

Abstract: When electromagnetic waves go through materials different effects may occur depending upon the physical properties of the materials. One of them is of great interest for the analysis of thermal-optical properties and it is known as the photothermal effect. The thermal lens technique’s bases is this effect and since it’s discovery the thermal lens became a powerful tool to describe the thermal-optical properties of huge number of materials, whether liquids or solids. However, no matter how detailed, all the model that have emerged over the years always considered that the excitation beam radius didn’t change throughout the sample. In order to verify this condition, we developed a thermal lens mismatched-mode model that consider an azimuthal dependence for the laser radius. Obtaining the intensity expression allowed us to perform a lot of computational analysis and also allowed us to compare this analysis with experimental data. We concluded that the constant radius consideration is valid only if the ratio between the confocal distance and the thickness of the sample is sufficiently large, in other words, the confocal distance must be larger than the sample’s thickness, otherwise the presented model must be used.