Sum frequency generation spectroscopy
সাম ফ্রিকোয়েন্সি জেনারেশন স্পেকট্রোস্কোপি (এস. এফ. জি) একটি অরৈখিক লেজার স্পেকট্রোস্কোপি কৌশল যা পৃষ্ঠতল এবং ইন্টারফেস বিশ্লেষণ করতে ব্যবহৃত হয়। এটি লরেঞ্জ দোলকের একটি সিরিজের সমষ্টি হিসাবে প্রকাশ করা যেতে পারে। একটি সাধারণ এস. এফ. জি সেটআপে, দুটি লেজার বিম একটি ইন্টারফেসে মিশে যায় এবং দুটি ইনপুট ফ্রিকোয়েন্সির যোগফলের সমান ফ্রিকোয়েন্সি সহ একটি আউটপুট বিম তৈরি করে, যা আপতিত বিমের তরঙ্গ ভেক্টরের যোগফল দ্বারা প্রদত্ত একটি দিকে ভ্রমণ করে। কৌশলটি 1987 সালে ইউয়েন-রন শেন এবং তাঁর ছাত্ররা দ্বিতীয় হারমোনিক প্রজন্মের স্পেকট্রোস্কোপির সম্প্রসারণ হিসাবে তৈরি করেছিলেন এবং গ্যাস-কঠিন, গ্যাস-তরল এবং তরল-কঠিন ইন্টারফেসে অণুগুলির গঠন, অভিযোজন বিতরণ এবং কাঠামোগত তথ্য অনুমান করার জন্য দ্রুত প্রয়োগ করেছিলেন। এর আবিষ্কারের পরপরই, ফিলিপ গায়োট-সিয়োনেস্ট পৃষ্ঠে বৈদ্যুতিন এবং কম্পনমূলক গতিবিদ্যার প্রথম পরিমাপ পাওয়ার জন্য কৌশলটি প্রসারিত করেছিলেন। এস. এফ. জি-র একস্তর পৃষ্ঠ সংবেদনশীল হওয়ার ক্ষমতা, সিটুতে সম্পাদন করার ক্ষমতা (উদাহরণস্বরূপ জলীয় পৃষ্ঠ এবং গ্যাসগুলিতে) এবং আল্ট্রাফাস্ট সময় রেজোলিউশন সরবরাহ করার ক্ষমতা রয়েছে। এস. এফ. জি ইনফ্রারেড এবং রমন স্পেকট্রোস্কোপির পরিপূরক তথ্য দেয়। তত্ত্ব আইআর-দৃশ্যমান সমষ্টি ফ্রিকোয়েন্সি জেনারেশন স্পেকট্রোস্কোপি দুটি লেজার বিম (একটি ইনফ্রারেড প্রোব এবং একটি দৃশ্যমান পাম্প) ব্যবহার করে যা কোনও উপাদানের পৃষ্ঠে বা দুটি মাধ্যমের মধ্যে ইন্টারফেসে স্থানিক এবং সাময়িকভাবে ওভারল্যাপ করে। দুটি ইনপুট বিমের যোগফলের ফ্রিকোয়েন্সিতে একটি আউটপুট বিম তৈরি করা হয়। দুটি ইনপুট বিমকে অবশ্যই পর্যাপ্ত উচ্চ তীব্রতার সাথে পৃষ্ঠে প্রবেশ করতে সক্ষম হতে হবে এবং আউটপুট বিমটি সনাক্ত করার জন্য অবশ্যই পৃষ্ঠকে প্রতিফলিত করতে (বা প্রেরণ করতে) সক্ষম হতে হবে। বিস্তৃতভাবে বলতে গেলে, বেশিরভাগ সমষ্টি ফ্রিকোয়েন্সি স্পেকট্রোমিটারকে দুই ধরনের মধ্যে একটি হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে, স্ক্যানিং সিস্টেম (সংকীর্ণ ব্যান্ডউইথ প্রোব বিম সহ) এবং ব্রডব্যান্ড সিস্টেম (বিস্তৃত ব্যান্ডউইথ প্রোব বিম সহ)। আগের ধরনের স্পেকট্রোমিটারের জন্য, পাম্প বিম হল একটি দৃশ্যমান তরঙ্গদৈর্ঘ্য লেজার যা একটি ধ্রুবক ফ্রিকোয়েন্সিতে ধরে রাখা হয়, এবং অন্যটি (প্রোব বিম) একটি টিউনেবল ইনফ্রারেড লেজার-আইআর লেজারটি টিউনিং করে, সিস্টেমটি আণবিক অনুরণন জুড়ে স্ক্যান করতে পারে এবং একটি পিসওয়াইজ ফ্যাশনে ইন্টারফেসিয়াল অঞ্চলের একটি কম্পনশীল বর্ণালী অর্জন করতে পারে। একটি ব্রডব্যান্ড স্পেকট্রোমিটারে, দৃশ্যমান পাম্প বিমটি আবার একটি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সিতে ধরে রাখা হয়, যখন প্রোব বিমটি বর্ণালীভাবে প্রশস্ত হয়। এই লেজার রশ্মিগুলি একটি পৃষ্ঠে ওভারল্যাপ করে, তবে স্ক্যানিং স্পেকট্রোমিটারের তুলনায় একযোগে আণবিক অনুরণনের বিস্তৃত পরিসর অ্যাক্সেস করতে পারে এবং তাই বর্ণালী উল্লেখযোগ্যভাবে দ্রুত অর্জন করা যেতে পারে, যা আন্তঃপৃষ্ঠীয় সংবেদনশীলতার সাথে সময়-সমাধান পরিমাপ করার ক্ষমতা দেয়। অরৈখিক সংবেদনশীলতা একটি প্রদত্ত অরৈখিক আলোকীয় প্রক্রিয়ার জন্য, যে মেরুকরণ আউটপুট তৈরি করে তা দেওয়া হয় যেখানে জন্য, তম ক্রম অরৈখিক সংবেদনশীলতা। এটি লক্ষণীয় যে সেন্ট্রোসিমেট্রিক মিডিয়াতে সমস্ত জোড় ক্রমের সংবেদনশীলতা শূন্য হয়ে যায়। এর প্রমাণ নিম্নরূপ। ধরা যাক ইনভার্সন অপারেটর, যা কিছু নির্বিচারে ভেক্টর দ্বারা সংজ্ঞায়িত করা হয়েছে। তারপর উপরের মেরুকরণ সমীকরণের বাম এবং ডান দিকে প্রয়োগ করলে পাওয়া যায় এই সমীকরণটিকে মূল মেরুকরণ সমীকরণের সাথে একত্রিত করলে যা সেন্ট্রোসিমেট্রিক মিডিয়াতে বোঝায়। কিউ. ই. ডি. [দ্রষ্টব্য 1: গাণিতিক আবেশের মাধ্যমে চূড়ান্ত সমতা প্রমাণিত হতে পারে, আবেশমূলক ধাপে দুটি ঘটনা বিবেচনা করে; যেখানে বিজোড় এবং জোড়।] [বিবরণ 2: এই প্রমাণটি যেখানে সমান সেই ক্ষেত্রে প্রযোজ্য। সেটিং বিজোড় কেস দেয় এবং বাকি প্রমাণ একই থাকে।] দ্বিতীয় ক্রমের অরৈখিক প্রক্রিয়া হিসাবে, এস. এফ. জি দ্বিতীয় ক্রমের সংবেদনশীলতার উপর নির্ভরশীল, যা একটি তৃতীয় ক্রমের টেনসর। এটি এস. এফ. জি-র জন্য কোন নমুনাগুলি উপলব্ধ তা সীমাবদ্ধ করে। সেন্ট্রোসিমেট্রিক মিডিয়াতে বৈদ্যুতিক-দ্বিমেরু আনুমানিক অনুমানের অধীনে প্রচুর পরিমাণে গ্যাস, তরল এবং বেশিরভাগ কঠিন পদার্থ অন্তর্ভুক্ত থাকে, যা বহু-মেরু এবং চৌম্বকীয় মুহুর্ত দ্বারা উত্পন্ন সংকেতকে অবহেলা করে। দুটি ভিন্ন উপাদান বা দুটি সেন্ট্রোসিমেট্রিক মিডিয়ার মধ্যে একটি ইন্টারফেসে, বিপরীত প্রতিসাম্য ভেঙে যায় এবং একটি এস. এফ. জি সংকেত তৈরি করা যেতে পারে। এর থেকে বোঝা যায় যে ফলস্বরূপ বর্ণালী অণুগুলির একটি পাতলা স্তরকে উপস্থাপন করে। একটি সংকেত পাওয়া যায় যখন একটি নেট মেরু অভিমুখ থাকে। এস. এফ. জি তীব্রতা আউটপুট বিম একটি ডিটেক্টর দ্বারা সংগ্রহ করা হয় এবং এর তীব্রতা গণনা করা হয় যেখানে দৃশ্যমান ফ্রিকোয়েন্সি, আই. আর ফ্রিকোয়েন্সি এবং এস. এফ. জি ফ্রিকোয়েন্সি ব্যবহার করে। অনুপাতের ধ্রুবক সাহিত্য জুড়ে পরিবর্তিত হয়, যার মধ্যে অনেকগুলি আউটপুট ফ্রিকোয়েন্সির বর্গক্ষেত্রের গুণফল এবং প্রতিফলন কোণের বর্গাকার সেকেন্ড সহ। অন্যান্য কারণগুলির মধ্যে রয়েছে তিনটি বিমের প্রতিসরণ সূচক। দ্বিতীয় ক্রমের সংবেদনশীলতার দুটি অবদান রয়েছে যেখানে অ-অনুরণনকারী অবদান এবং অনুরণনকারী অবদান। অ-অনুরণনকারী অবদানটি বৈদ্যুতিন প্রতিক্রিয়া থেকে বলে মনে করা হয়। যদিও এই অবদানকে প্রায়শই বর্ণালীতে ধ্রুবক হিসাবে বিবেচনা করা হয়, কারণ এটি অনুরণিত প্রতিক্রিয়ার সাথে একযোগে উত্পন্ন হয়, তবে দুটি প্রতিক্রিয়াকে অবশ্যই তীব্রতার জন্য প্রতিদ্বন্দ্বিতা করতে হবে। এই প্রতিযোগিতা অনুরণিত বৈশিষ্ট্যের উপস্থিতিতে অনুরণিত ক্ষয় দ্বারা অপ্রতিরোধ্য অবদানকে আকার দেয়। যেহেতু এটি বর্তমানে অ-অনুরণিত হস্তক্ষেপের জন্য পর্যাপ্তভাবে সংশোধন করা যায় না, তাই যে কোনও অ-অনুরণিত হস্তক্ষেপ থেকে অনুরণিত অবদানগুলিকে পরীক্ষামূলকভাবে বিচ্ছিন্ন করা খুব গুরুত্বপূর্ণ, যা প্রায়শই অ-অনুরণিত দমন কৌশল ব্যবহার করে করা হয়। অনুরণিত অবদান কম্পনশীল মোড থেকে আসে এবং অনুরণনের পরিবর্তন দেখায়। এটি লরেঞ্জ দোলকগুলির একটি সিরিজের সমষ্টি হিসাবে প্রকাশ করা যেতে পারে যেখানে শক্তি বা প্রশস্ততা, অনুরণিত ফ্রিকোয়েন্সি, ড্যাম্পিং বা লাইনউইথ সহগ (এফডব্লিউএইচএম), এবং প্রতিটি সূচক স্বাভাবিক (অনুরণিত কম্পন) মোড। প্রশস্ততা হল প্ররোচিত দ্বিমেরু মুহুর্ত এবং মেরুকরণযোগ্যতার একটি গুণফল। একসাথে, এটি ইঙ্গিত দেয় যে রূপান্তরটি অবশ্যই আইআর এবং রমন উভয়ই সক্রিয় হতে হবে। উপরের সমীকরণগুলি একত্রিত করে তৈরি করা যেতে পারে যা বিভিন্ন তরঙ্গ সংখ্যার উপর এস. এফ. জি আউটপুট মডেল করতে ব্যবহৃত হয়। যখন এস. এফ. জি সিস্টেমটি পৃষ্ঠ অণুর একটি কম্পন মোডে স্ক্যান করে, তখন আউটপুট তীব্রতা অনুরণিতভাবে বৃদ্ধি পায়। আউটপুট তীব্রতা বনাম তরঙ্গসংখ্যার একটি গ্রাফিকাল বিশ্লেষণে, এটি লরেঞ্জিয়ান শিখর দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা হয়। ব্যবস্থার উপর নির্ভর করে, শিখরগুলির মধ্যে অসম সম্প্রসারণ এবং হস্তক্ষেপ ঘটতে পারে। লরেঞ্জ প্রোফাইলকে গাউসিয়ান তীব্রতার বন্টনের সাথে জটিল করা যেতে পারে যাতে তীব্রতার বন্টনের সাথে আরও ভালভাবে খাপ খায়। অভিযোজন তথ্য দ্বিতীয় ক্রমের সংবেদনশীলতা থেকে, পৃষ্ঠে অণুগুলির অভিযোজন সম্পর্কে তথ্য নির্ধারণ করা সম্ভব। ইন্টারফেসের অণুগুলি কীভাবে ইনপুট বিমে সাড়া দেয় তা বর্ণনা করে। মেরু অণুগুলির মোট অভিমুখের পরিবর্তনের ফলে এর চিহ্ন পরিবর্তিত হয়। একটি র্যাঙ্ক 3 টেনসর হিসাবে, পৃথক উপাদানগুলি অভিযোজন সম্পর্কে তথ্য সরবরাহ করে। এমন একটি পৃষ্ঠের জন্য যার আজিমুথাল প্রতিসাম্য রয়েছে, অর্থাৎ। রড প্রতিসাম্য ধরে নিলে, সাতাশটি টেনসর উপাদানের মধ্যে মাত্র সাতটি অ-শূন্য (চারটি রৈখিকভাবে স্বাধীন), যা হল এবং টেনসর উপাদানগুলি দুটি ভিন্ন মেরুকরণ ব্যবহার করে নির্ধারণ করা যেতে পারে, একটি আপতন সমতলে লম্ব বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র ভেক্টরের জন্য, যা এস লেবেলযুক্ত এবং একটি আপতন সমতলে সমান্তরাল বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র ভেক্টরের জন্য, যা পি লেবেলযুক্ত। চারটি সংমিশ্রণ যথেষ্টঃ পিপিপি, এসএসপি, এস. পি. এস, পি. এস, হ্রাসমান ফ্রিকোয়েন্সিতে তালিকাভুক্ত অক্ষরগুলির সাথে, তাই প্রথমটি সমষ্টি ফ্রিকোয়েন্সির জন্য, দ্বিতীয়টি দৃশ্যমান রশ্মির জন্য এবং শেষটি ইনফ্রারেড রশ্মির জন্য। চারটি সংমিশ্রণ চারটি ভিন্ন তীব্রতার জন্ম দেয় এবং যেখানে সূচকটি ইন্টারফেসিয়াল-প্লেনের এবং এবং রৈখিক এবং অরৈখিক ফ্রেন্সেল ফ্যাক্টর। টেনসর উপাদানগুলি গ্রহণ করে এবং সঠিক রূপান্তরগুলি প্রয়োগ করে, পৃষ্ঠের অণুগুলির অভিযোজন খুঁজে পাওয়া যায়। যেহেতু এস. এফ. জি একটি দ্বিতীয়-ক্রমের অরৈখিক আলোকীয় ঘটনা, তাই একটি পরীক্ষামূলক সেটআপের প্রধান প্রযুক্তিগত উদ্বেগের মধ্যে একটি হল দৃশ্যমান শিখর এবং সংকীর্ণ ব্যান্ডউইথ সহ সনাক্ত করার জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী একটি সংকেত তৈরি করতে সক্ষম হওয়া। পিকোসেকেন্ড এবং ফেমটোসেকেন্ড পালস প্রস্থ লেজারগুলি প্রায়শই উচ্চ শিখর ক্ষেত্রের তীব্রতার কারণে ব্যবহৃত হয়। সাধারণ উৎসগুলির মধ্যে রয়েছে টিআইঃ নীলকান্তমণি লেজার, যা সহজেই পিকোসেকেন্ড অপারেশনের জন্য ফেমটোসেকেন্ড ব্যবস্থায় বা নিওডাইমিয়াম ভিত্তিক লেজারগুলিতে কাজ করতে পারে। যদিও ছোট পালসের ফলে উচ্চ শিখর তীব্রতা দেখা দেয়, লেজার পালসের বর্ণালী ব্যান্ডউইথও বৃদ্ধি পায়, যা একটি পরীক্ষামূলক সেটআপের আউটপুটের বর্ণালী রেজোলিউশনের উপর একটি সীমা স্থাপন করতে পারে। পাম্প পালসের ব্যান্ডউইথ সংকুচিত করে এর জন্য ক্ষতিপূরণ দেওয়া যেতে পারে, যার ফলে পছন্দসই বৈশিষ্ট্যগুলির জন্য একটি বিনিময় হয়। আধুনিক পরীক্ষামূলক সেটআপে, অপটিক্যাল প্যারামেট্রিক জেনারেশন (ও. পি. জি), অপটিক্যাল প্যারামেট্রিক অসিলেশন (ও. পি. ও) এবং অপটিক্যাল প্যারামেট্রিক এম্প্লিফিকেশন (ও. পি. এ) সিস্টেম দ্বারা প্রোব পালসের সুরযোগ্য পরিসীমা বৃদ্ধি করা হয়। বিশেষ জ্যামিতি ব্যবহার করে সংকেতের শক্তি উন্নত করা যেতে পারে, যেমন একটি মোট অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন সেটআপ যা কোণগুলি পরিবর্তন করতে একটি প্রিজম ব্যবহার করে যাতে তারা সমালোচনামূলক কোণগুলির কাছাকাছি থাকে, যার ফলে এস. এফ. জি সংকেতটি তার সমালোচনামূলক কোণে উত্পন্ন হতে পারে, যা সংকেতকে বাড়িয়ে তোলে। সাধারণ ডিটেক্টর সেটআপগুলি ফিল্টারিং এবং সনাক্তকরণের জন্য একটি মোনোক্রোমেটর এবং একটি ফটোমল্টিপ্লায়ার ব্যবহার করে। তথ্যসূত্র কম্পন স্পেকট্রোস্কোপি পৃষ্ঠ বিজ্ঞান